山科大林孟昌/杜惠平等《ACS AMI》:开发出一种可制备高性能铝-石墨电池的低成本凝胶聚合物电解质_中国聚合物网
复合材料
  • 行业动态
  • |
  • 新品速递
  • |
  • 企业动态
  • |
  • 政策法规
  • |
  • 会展报道
  • |
  • 人物访谈
  • |
  • 市场行情
  • 当前位置: 首页 >> 资讯 >> 复合材料 >> 行业动态 >> 正文
    山科大林孟昌/杜惠平等《ACS AMI》:开发出一种可制备高性能铝-石墨电池的低成本凝胶聚合物电解质
    2021-06-17 来源:中国聚合物网 点击
    关键词:石墨电池
     由于铝金属具有资源丰富、比容量高以及成本低等优势,因此铝电池成为多价态金属电池的研究热点。但目前可充电铝电池主流电解质(AlCl3基离子液体)面临的一些关键的问题,如水分敏感性、电解液泄露和腐蚀等阻碍了铝电池的发展。


      山东科技大学林孟昌、杜惠平等利用低成本AlCl3/Et3NHClEt3NHCl:三乙胺盐酸盐)离子液体与聚酰胺的凝胶化作用,通过简单的混合方法制备了新型凝胶聚合物电解质。该凝胶聚合物电解质在室温条件下表现出较高的离子电导率(3.86× 10-3 S cm-1)、宽电化学窗口(2.6 V vs. Al)及长期界面稳定性。另外,与离子液体相比,该凝胶聚合物电解质表现出较低的水分敏感性和腐蚀性。采用该凝胶聚合物电解质组装的铝-石墨电池表现出较好的倍率性能、较长的循环性能以及优异的抑制自放电性能。该工作以“Low-Cost Gel Polymer Electrolyte for High-Performance Aluminum-Ion Batteries”为题,发表于《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊。


    1.凝胶电解质基本性质



    1.a)上部分为AlCl3/Et3NHClAT)离子液体,下部分为AT基凝胶;

    bAT基离子液体与d凝胶拉曼图谱


      该凝胶聚合物电解质制备方法简单,只需将离子液体与聚酰胺混合,进行简单的加热搅拌即制备了四种不同比例的AlCl3/Et3NHCl的凝胶聚合物电解质。从拉曼图谱可以看出凝胶与离子液体的有效成分是一样的,均为Al2Cl7-AlCl4-阴离子,这说明不同凝胶电解质均可应用于铝离子电池。


      2.凝胶电解质的电化学性能以及电池性能



    2.a)不同凝胶聚合物电解质用于铝-石墨电池的倍率性能;(b)使用AT1.7 PA凝胶电解质的铝-石墨电池在不同电流密度下的充放电曲线;AT1.7 PA电解质的(cLSV曲线;(d)离子电导率;(e)恒流极化曲线;(f)使用AT1.7 PA凝胶电解质的铝-石墨电池的长循环性能


      通过对比不同凝胶聚合物电解质用于铝-石墨电池的倍率性能,可以看出AT1.7 PA电解质在比容量、库伦效率等方面均表现出优异的性能。因此本文着重AT1.7 PA电解质进行研究。从AT1.7AT1.7 PALSV曲线可以看出,AT1.7 PA具有与AT1.7相当的电化学窗口;凝胶的VTF方程拟合显示出较低的离子传输能量势垒;凝胶在3800个小时的恒流极化中表现出稳定的极化电压,说明界面较稳定。采用该凝胶电解质组装的铝-石墨电池室温条件下稳定循环2000圈,优于之前文献报道的凝胶铝-石墨电池的性能。


      3.采用凝胶电解质的铝-石墨电池工作机理


    3.采用凝胶电解质的铝-石墨电池的(a)原位XRD图谱;(b)充放电曲线;(c)原位Raman图谱


      从电池原位XRD图谱及原位Raman图谱可以看出,在正极发生的是嵌入反应,与文献中报道的离子液体铝-石墨电池反应一致。


      4.凝胶电解质的功能性

    4.AT1.7AT1.7 PA分别暴露在空气中10分钟后(a)沉积溶解铝的CV曲线;(b)组装铝-石墨电池的循环性能


      从CV曲线可以看出,AT1.7暴露于空气后,失去电化学活性,不能沉积溶解铝,而AT1.7 PA则表现出正常的沉积溶解铝的性能;将两种电解质分别组装铝石-墨电池,AT1.7在暴露于空气后组装的电池几乎没有容量,而AT1.7 PA仍然可以正常充放电,说明AT1.7 PA具有低水分敏感性。


    5.aAT1.7 PA与(bAT1.7组装纽扣铝-石墨电池的循环性能

    6.aAT1.7 PA与(bAT1.7组装纽扣铝-石墨电池循环后的电池壳照片


      可以看出AT1.7 PA所组装的纽扣铝-石墨电池可以正常充放电循环,而AT1.7组装的纽扣铝-石墨电池在几个循环后则不能充放电。分别将纽扣电池拆开,可以看出,使用AT1.7 PA的纽扣电池几乎没有腐蚀痕迹,而使用AT1.7的纽扣电池腐蚀较为严重,可见凝胶能够抑制漏液腐蚀。

    7.使用AT1.7AT1.7 PA 电解质铝/石墨电池自放电性能对比


      将AT1.7AT1.7 PA电解质分别组装铝-石墨电池并将其充满电,搁置100个小时后,使用两种电解质的铝-石墨电池开路电压分别衰减到1.84 V2.15 V。该凝胶还具有抑制铝离子电池自放电的性能。


      相关链接
      https://doi.org/10.1021/acsami.1c05476
    免责声明:部分资料来源于网络,转载的目的在于传递更多信息及分享,并不意味着赞同其观点或证实其真实性,
    也不构成其他建议。仅提供交流平台,不为其版权负责。如涉及侵权,请联系我们及时修改或删除。
    邮箱:info@polymer.cn
    (责任编辑:sun)
    查看评论】【 】【打印】【关闭
  • 相关新闻
  • 无相关新闻