جداکننده نانوالیاف آرامیدی اصلاح شده با MOFs جهت استفاده در باتری‌های لیتیوم-گوگرد

مرجع پلیمر در بازار ایران (پلیم پارت):

چکیده

ایمنی بالا، پیش شرط ضروری برای کاربردهای آتی در مقیاس بزرگ سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی است. در باتری­‌های لیتیوم-گوگرد (Li-S)، نقطه اشتعال پایین و استحکام مکانیکی ضعیف جداکننده پلی­اولفین معمولی، خطرات ایمنی زیادی در زمینه ایجاد آتش ­سوزی و انفجار در محیط­‌های سخت ایجاد می‌­کند. در این مقاله، یک جداکننده کاربردی مقاوم به حرارت و غیر قابل اشتعال (جداکننده Z-PMIA) برپایه غشای پلی­فنیلن­ ایزوفتالامید (PMIA) و به طور همزمان ایجاد شدن چارچوب زئولیت ایمیدازولات ZIF-L(Co) طراحی شده است. جداکننده Z-PMIA با بهره‌­مندی از ویژگی‌­های الیاف «آرامید» و نانوساختارهای ZIF-L(Co)، نه ­تنها استحکام مکانیکی بالایی را ضمانت می­‌کند (از استحکام کششی 15Mpa و نیروی سوراخ ­کننده 0.95N و پایداری حرارتی قابل توجه (بدون انقباض ابعادی حتی در دمای 200 درجه سانتیگراد) بلکه به طور موثر رفت ­و آمد پلی­‌سولفید و رشد دندریت لیتیوم را سرکوب می­‌کند. در نتیجه، جداکننده Z-PMIA ظرفیت تخلیه اولیه بالای  1391.2mAh/g و ظرفیت تخلیه 961.1mAh/g را پس از 350 سیکل در نرخ جریان0.2C، با کاهش ظرفیت آهسته 0.033% در هر سیکل ارائه می­‌دهد. جداکننده Z-PMIA حتی در شرایط بارگذاری بالای گوگرد (9.23mg/cm²) و نسبت الکترولیت به گوگرد (E/S) پایین ( 8mL/g) یا حتی هنگام کار در دمای بالا (80 درجه سانتیگراد)، همچنان عملکرد شارژ/دشارژ بالا را ممکن می‌سازد و چشم‌انداز تجاری امیدوارکننده آن را برای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی با ایمنی بالا و عملکرد مناسب در آینده برجسته می‌­نماید.

نتیجه­‌گیری

به طور خلاصه، در این مقاله جداکننده نانوالیاف آرامید اصلاح شده با ZIF-L(Co) با ایمنی بالا و چند منظوره با روش الکتروریسی و رشد در محل طراحی شد. علاوه بر خواص ذاتی مواد PMIA، مانند خواص مکانیکی بالا، پایداری حرارتی و خود خاموش شوندگی عالی، نانوساختارهای ثانویه منحصر به فرد ZIF-L(Co) می­‌توانند استحکام مکانیکی را بسیار بهبود بخشند و انتقال یون لیتیوم با شار بالایی را ایجاد کنند. در همین حال، سطح ویژه بزرگ و اندازه ریز حفرات یکنواخت جداکننده Z-PMIA به طور همزمان باعث سرکوب اثر شاتل و رسوب همگن دندریت لیتیوم می­‌شود. از این رو، جداکننده Z-PMIA ظرفیت برگشت پذیری بالا، سیکل­‌زنی طولانی مدت و عملکرد سرعت عالی را در باتری‌­های Li-S، حتی در شرایط واقعی مرتبط با بارگذاری بالای گوگرد، الکترولیت کم و دمای بالا، نشان می‌­دهد. انتظار می­‌رود که این مقاله بتواند توجه بیشتری را برای ترویج توسعه تجاری آینده سیستم‌های ذخیره‌سازی با ایمنی بالا و چگالی انرژی بالا را جلب نماید.

دانلود فایل: جداکننده نانوالیاف آرامیدی اصلاح شده با MOFs با ویژگی ایمنی بالا و چند منظوره به منظور استفاده در باتری‌های لیتیوم-گوگرد

Reference

Liu J, Wang J, Zhu L, Chen X, Ma Q, Wang L, Wang X, Yan W. A high-safety and multifunctional MOFs modified aramid nanofiber separator for lithium-sulfur batteries. Chemical Engineering Journal. 2021 May 1; 411:128540.

DOI: 10.1016/j.cej.2021.128540

مترجم: علیرضا کرفی