جداکننده پلی آمید متا آرامید مسدود کننده دندریت با استحکام و پایداری حرارتی فوق‌العاده بالا برای استفاده در باتری لیتیوم یون با ایمنی بالا
چکیده
جداکننده های تجاری برپایه پلی‌اولفین که به طور گسترده در باتری های لیتیوم یون (LIBs) استفاده می‌شوند، به طور جدی بر ایمنی و توسعه LIB ها باتوجه به پایداری حرارتی ضعیف به دلیل نقطه ذوب پایین و ترشوندگی الکترولیت کم ناشی از ساختار غیر قطبی شان تأثیر می‌گذارند. در این مقاله، یک فناوری اتصال عرضی خود جذب ساده برای ساخت جداکننده‌های پلی‌آمید- متا-آرامید (PI-MA) با پایداری حرارتی، ترشوندگی و ایمنی عالی ساخته شده است. این فناوری از جذب پیوند هیدروژنی و اثر خودچسب MA برای تحقق کپسولاسیون نزدیک MA بر روی سطح نانوالیاف PI و تشکیل یک ساختار شبکه‌ای فشرده استفاده مینماید. به طور ویژه، جداکننده PI-MA در دمای 300 درجه سلسیوس تغییر شکل قابل توجهی ندارد، در حالیکه جداکنندهPP در دمای 200 درجه سلسیوس کاملا ذوب شده و منقبض می‌شود. PI-MA زاویه تماس الکترولیت کمتر از ◦6/1 و سرعت انتشار الکترولیت سریعتر در هر دو جهت افقی و عمودی را نشان می‌دهد. علاوه بر این، در مشخصه‌بندی طولانی‌مدت سلب‌کاری/آبکاری، سل متقارن لیتیومی با PI-MA عملکرد سیکلزنی پایدار را در چگالی جریان mA/cm2 2 را به مدت 1000 ساعت نشان می‌دهد. با استفاده از LiNi0.8 Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) به عنوان کاتد، سل با PI-MA دارای نرخ حفظ ظرفیت 82/1 % در آزمایش 300 سیکل در نرخ جریان 1C میباشد که بسیار بالاتر از نرخ حفظ ظرفیت 58/3% برای جداکننده PP میباشد. در مقایسه با سل مونتاژشده با جداکننده PP که در 56 دقیقه دچار انفجار می‌شود، سل با جداکننده PI-MA به طور پایدار در ولتاژ قطع در مدت زمان 160 دقیقه در دمای 120 درجه سلسیوس تخلیه می‌گردد.
نتیجه گیری
در نتیجه، یک جداکننده کامپوزیتی PI-MA با ساختار هسته-پوسته و اتصال عرضی با استفاده از فناوری اتصال عرضی خود جذب با استفاده از پیوند هیدروژنی و اثر خود چسبندگی ماده MA تهیه شده است. این جداکننده کامپوزیتی با بهره‌مندی از پیوند آمیدی محکم (-CO-NH-) بر سطح نانو الیاف PI پیچیده شده و ساختار شبکه‌ای تشکیل می‌دهد، این جداکننده کامپوزیتی خواص مکانیکی بالا، پایداری حرارتی عالی، ترشوندگی الکترولیت و نگهداری مایع بالایی را از خود نشان می‌دهد. به طور ویژه، در مقایسه با مقاومت کششی PI خالص (11MA)، جداکننده PI-MA به دلیل ساختار اتصال عرضی مواد MA بین نانوالیاف PI، استحکام کششی تا 67Ma را نشان می‌دهد. جداکننده PI-MA در دمای 300 درجه سلسیوس هیچ تغییر ابعادی قابل توجهی ندارد، در حالی که جداکننده PP در دمای 200 درجه سلسیوس ذوب و منقبض می‌شود. علاوه بر این، جداکننده کامپوزیتی دارای زاویه تماس الکترولیت ◦6/1 و سرعت انتشار الکترولیت سریعتر در هر دو جهت افقی و عمودی است. مهمتر از آن، در مشخصه‌بندی طولانی‌مدت سلب‌کاری/آبکاری، سل متقارن لیتیومی با PI-MA عملکرد سیکلزنی پایدار را در چگالی جریان mA/cm2 2 و ظرفیت 2mAh برای 1000 ساعت نشان می‌دهد. NCM8111 به عنوان ماده فعال کاتد استفاده می‌شود و سل مونتاژ شده با PI-MA میزان حفظ ظرفیت 82/1% را پس از 300 سیکل در نرخ جریان1C نشان می‌دهد که بسیار بالاتر از نرخ حفظ ظرفیت 58/3% برای جداکننده PP میباشد. در تست‌های ایمنی باتری، در مقایسه با سل مونتاژ شده با جداکننده PP که در 56 دقیقه منفجر می‌شود، سل با جداکننده PI-MA به طور پایدار در ولتاژ قطع در مدت زمان 160 دقیقه در دمای 120 درجه سلسیوس تخلیه می‌شود. تمام نتایج نشان می‌دهد که جداکننده PI-MA نوع جدیدی از جداکننده با ایمنی و عملکرد بالا برای LIB ها خواهد بود که طرح و جهت جدیدی را برای توسعه جداکننده LIB ارائه می‌دهد.
دانلود فایل :جداکننده پلی_آمید-متا-آرامید مسدودکننده دندریت با استحکام و پایداری
DOI: 10.1016/j.cej.2024.148525
ترجمه و ویرایش : علیرضاکرفی
