SiOx Bazlı Anotlar İçin Mekanik Olarak Dayanıklı, Yerinde Katılaştırılmış Polimer Elektrolit

Bu Araştırma Neden Önemli?

• Gelişmiş Elektrokimyasal Kararlılık: SiOx bazlı anotlar, yüksek teorik özgül kapasiteleriyle bilinir ve bu da onları yüksek enerji yoğunluklu LIB'ler için cazip kılar. Ancak, döngü sırasında önemli hacim değişimleri ve hızlı kapasite düşüşleri, pratik uygulamalar için zorluklar yaratır. Bu çalışma, kararlı bir katı elektrolit ara fazı (SEI) oluşturarak ve elektrolit ayrışmasını azaltarak bu sorunları etkili bir şekilde ortadan kaldıran bir polimer elektrolit (PPM-PE) sunmaktadır.
• Geliştirilmiş Mekanik Özellikler: Yusufçuk kanatlarının faz ayırma yapısından ilham alan PPM-PE, yüksek kopma uzaması ve kopma mukavemeti gibi mükemmel mekanik özellikler sergiler. Bu özellikler, SiO x  elektrotlarının hacim genleşmesini azaltmaya ve döngü sırasında yapısal bütünlüğünü korumaya yardımcı olur.
• Pratik Uygulamalar İçin Potansiyel: PPM-PE, SiOx bazlı elektrotlara sahip düğme tipi ve yumuşak paketli tam hücrelerde hem çevrim hem de hız performansında önemli iyileştirmeler sağlayarak, yüksek enerji yoğunluklu LIB'lerde pratik kullanım potansiyelini göstermektedir.

Yenilikçi Tasarım ve Mekanizmalar

• Yusufçuk Kanadından Esinlenilen Mikro Yapı: PPM-PE, yusufçuk kanatlarının sert kanat damar fazını ve yumuşak kanat zar fazını taklit eden bir mikro faz ayırma yapısıyla tasarlanmıştır. Bu yapı, sıvı bir organik elektrolit içinde bisiklik fosfat ester ve üretan motifi içeren monomer (PU) ve metil metakrilatın (MMA) yerinde polimerizasyonuyla elde edilir. PU segmentleri ve MMA motifleri, strese karşı tampon görevi gören ve SEI'yi stabilize eden 3 boyutlu bir polimer ağı oluşturur.
• Üstün Mekanik Özellikler: PPM-PE filmler, %161 kopma uzaması ve 1,58 MPa kopma mukavemeti sergileyerek diğer polimer elektrolitlerden önemli ölçüde daha iyi performans gösterir. Bu mekanik dayanıklılık, SiO x  elektrotlarının hacim değişikliklerine dayanmasına ve döngü sırasında kararlı bir SEI korumasına yardımcı olur.
• Gelişmiş Elektrokimyasal Performans: PPM-PE, 0,57'lik yüksek bir lityum transfer katsayısı (tLi + ) ve 5,25 V'un üzerinde bir oksidasyon direnci göstererek, daha hızlı elektrokimyasal reaksiyon kinetiğine ve gelişmiş hız performansına katkıda bulunur. LiF açısından zengin polimer takviyeli SEI tabakası, elektrot yapısını daha da stabilize eder ve elektrolit ayrışmasını azaltır.

Uygulamalar ve Gelecek Görünümü

• Yüksek Enerji Yoğunluklu LIB'ler: PPM-PE, SiO x bazlı yarım hücrelerde ve yumuşak paket tam hücrelerde mükemmel elektrokimyasal performans sergileyerek, 1C hızında 148 döngüden sonra %88,14 ve 0,4C hızında 250 döngüden sonra %80,81 kapasite tutma oranına sahiptir. Bu sonuçlar, PPM-PE'nin yüksek enerji yoğunluklu LIB'lerde pratik uygulamalar için potansiyelini vurgulamaktadır.
• Gelecekteki Araştırmalar: Gelecekteki çalışmalar, performansını artırmak için polimer elektrolit tasarımının daha da optimize edilmesine ve diğer yüksek enerji yoğunluklu pil türlerindeki uygulamalarının araştırılmasına odaklanacaktır. Yusufçuk kanadından ilham alan tasarım felsefesi, mekanik ve elektrokimyasal özelliklerini iyileştirmek için diğer malzeme ve pil sistemlerine de uygulanabilir.

Yusufçuk kanatlarının mikro yapısından ilham alan bu yenilikçi polimer elektrolit, lityum iyon piller için yüksek performanslı SiOx bazlı anotların geliştirilmesinde önemli bir adım teşkil ediyor . Profesör Guanglei Cui ve Profesör Huanrui Zhang'ın ekibinin enerji depolama teknolojisinin sınırlarını zorlamaya devam ederken, çığır açan araştırmaları için bizi takip etmeye devam edin.

KAYNAK: https://www.chemeurope.com/en/news/1186710/a-dragonfly-wing-inspired-design-for-high-energy-lithium-batteries.html