Sorting by

×
خانه علمی پژوهشیمقالات جداکننده‌های PVDF مبتنی‌بر چارچوب آلی-فلزی برای باتری‌های لیتیوم یونی با جریان‌پذیری‌های بالا

جداکننده‌های PVDF مبتنی‌بر چارچوب آلی-فلزی برای باتری‌های لیتیوم یونی با جریان‌پذیری‌های بالا

توسط منیره جوادی
0 نظرات

 

 

چکیده

مرجع پلیمر در بازار ایران (پلیم پارت) : جداکننده‌های مبتنی بر پلی­‌وینیلیدن‌­فلوراید[1] (PVDF) و [2]MOF-808 برای باتری‌های لیتیوم-­یون ساخته شده است و به­‌طور کامل از منظر خواص مورفولوژی و حرارتی، جذب و حفظ الکترولیت، ویژگی‌های آبدوست سطحی مشخصه‌­­یابی گردیده است. تأثیر جداکننده‌های PVDF/MOF-808 بر عملکرد الکتروشیمیایی باتری‌های لیتیوم­-یون ارزیابی شده است. غشاهای PVDF/MOF-808 دارای یک ساختار کاملاً متخلخل با توزیع یکنواخت و متصل از اندازه حفرات در مقیاس ماکروحفرات تا مزوحفرات[3] می­‌باشند. قرار گرفتن نانوذرات MOF مبتنی بر Zr، موجب افزایش تخلخل و مساحت سطح جداکننده شده و جذب الکترولیت و هدایت یونی را ارتقا می‌دهد. در نهایت، وجود پرکننده‌های MOF-808 حفظ الکترولیت مایع را بهبود می‌بخشد و همچنین از ازبین ­رفتن ظرفیت در سیکل­‌هایی با نرخ جریان بالا جلوگیری می‌نماید. در واقع، آزمایش‌های شارژ-تخلیه انجام‌شده در دو نیم سل با مواد فعال Li/C-LiFePO4 و جهت مقایسه عملکرد دو جداکننده متفاوت PVDF  خالص و PVDF/MOF-808  انجام گردید که بر طبق نتایج ظرفیت تخلیه برای جداکننده اصلاح شده PVDF-MOF-808 ، 68میلی‌آمپر ساعت را با نرخ­ جریان 2C و برای جداکننده پلیمری PVDF خالص صفر میلی‌آمپر ساعت ارائه گردید. نمونه جداکننده اصلاح شده PVDF همراه با 10 درصد وزنی از MOF-808(PVDF/10 wt% MOF-808) رفتاری پایدار در فرآیند چرخه شارژ و تخلیه در دراز مدت با راندمان کولن[4] نزدیک به 100٪ را نشان می­‌دهد. بنابراین، در این بررسی نشان داده شده است که غشاهای کامپوزیتی با توجه به عملکرد جداکننده‌های معمولی برای کاربرد در باتری‌های لیتیوم-یون بهتر می­‌باشند، زیرا در این قبیل جداکننده­‌های کامپوزیتی یک سیستم با توزیع حفرات منظم در اندازه ساختار حفرات، هم در مقیاس مزو و هم در مقیاس ماکرو با ساختار حفرات MOFs ارائه می­گردد  که میل به سازگاری[5] با الکترولیت را به­‌طور قابل‌توجهی بهبود می‌بخشد.

 


نتیجه­‌گیری

این بررسی نشان می‌­دهد که نانوذرات MOF-808 را می‌­توان به‌عنوان پرکننده فعال برای اصلاح حفرات جداکننده­‌های PVDF در مقیاس ماکرو و مزو استفاده نمود. قراردادن نانوذرات MOF-808، اندکی بر ساختار نامتقارن ماکرو و مزو متخلخل غشاهای PVDF تأثیر می‌گذارد و تخلخل کل و مساحت سطح آنها را افزایش می‌دهد. این امر در  MOF-808نیز به­‌عنوان یکی از اجزا­ی فعال جداکننده­‌ها که به­‌طور کامل با سطح غشاهای متخلخل در تماس می‌­باشد، مشخص شده است. پس از قرارگیری، نانوذرات MOF-808 بر شیمی منافذ ساپورت‌های PVDF تأثیر می‌گذارد و ترشوندگی و ظرفیت ذخیره‌سازی الکترولیت را به سیستم اضافه می‌نماید. به‌طور مشترک، ویژگی‌های ساختاری، سطحی و هدایتی جداکننده‌های کامپوزیتی، مسیرهای انتقال لیتیوم را در کل سیستم تسهیل نموده و سبب افزایش پایداری نرخ جریان­‌پذیری با سرعت بالا در سل در دراز مدت می­‌گردد.

وجود MOF-808 در جداکننده‌هایPVDF، مقاومت جداکننده‌ها و سیستم‌های جداکننده-الکترولیت را کاهش می‌دهد. مستقل از بارگذاری MOF-808، غشاها دامنه پایدار الکتروشیمیایی گسترده‌ای را حفظ می­‌نمایند. ارزیابی ظرفیت تخلیه سل­‌ها نشان می‌دهد که جداکننده‌های PVDF/MOF-808 تغییری را در نرخ جریان­‌های بالا ایجاد می‌­نمایند و از ازبین‌­رفتن ظرفیت کامل سل، همانطور که برای جداکننده PVDF رخ می­‌دهد، جلوگیری می‌­کنند. علاوه­‌بر این، جداکننده MOF 10 پایداری چرخه شارژ-تخلیه خوبی را در مراحل بالاتر از سیکل بیستم نشان می­‌دهد و این امر در­حالی است راندمان کولن را نزدیک به 100٪ حفظ می­‌نماید. پس از اتمام فرآیند جریان پذیری و چرخه­‌های شارژ-تخلیه، مقادیر مقاومت سل‌های مبتنی­‌بر PVDF/MOF-808 نسبت به جداکننده­‌های پلیمری خالص کمتر می­‌باشد.

اثبات مطالعه مفهومی ارائه شده در این پژوهش امیدوار کننده است، زیرا با آغاز کار سیستم­‌های توسعه یافته PVDF/MOF-808، و با در نظر گرفتن انعطاف پذیری شیمیایی ارائه شده توسط MOF­ها، فرصت­‌های زیادی برای اصلاح ساختار و شیمی جداکننده­‌های پلیمری به منظور تنظیم برهمکنش خاص الکترولیت-پلیمر به وجود می‌­آید.

 

[1] Polyvinylidene fluoride (PVDF)

[2] Metal-organic framework

[3] Mesopores

[4] Coulombic efficiency

[5] Affinity

[6] Separator membranes

غشاهای جداکننده[6]

Reference

Valverde, A., Gonçalves, R., Silva, M. M., Wuttke, S., Fidalgo-Marijuan, A., Costa, C. M., … & Fernández de Luis, R. (2020). Metal–organic framework based PVDF separators for high rate cycling lithium-ion batteries. ACS Applied Energy Materials, 3(12), 11907-11919.

ترجمه و ویرایش : شیرین میران موسوی
هانیه میران موسوی

مطالب مشابه

پیام بگذارید

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.

نگاهی کوتاه

مرجع اطلاعات تخصصی پلیمر حاوی محتوی فنی،اقتصادی،علمی و تولیدی در بازار ایران به منظور گسترش تعاملات تجاری B2B و B2C فعالین و متقاضیان در عرصه داخلی و بین المللی

خبرنامه

آخرین اخبار

تمامی حقوق مطالب برای “پلیم پارت “محفوظ است و هرگونه کپی برداری بدون ذکر منبع ممنوع میباشد.

ضبط پیام صوتی

زمان هر پیام صوتی 5 دقیقه است