Исследователи разрабатывают программное обеспечение

May 01, 2023

Исследователи под руководством группы из Университета Темпл разработали мягкий твердый электролит — (Adpn)2LiPF6 (Adpn, адипонитрил) — который демонстрирует высокую термическую и электрохимическую стабильность и хорошую ионную проводимость, преодолевая некоторые ограничения традиционных органических и керамических материалов. Статья об их работе опубликована в журнале Nature Materials.

Адипонитрил — органическое соединение, которое является важным предшественником полимера нейлона 66.

Поверхность электролита имеет жидкий нанослой Adpn, который связывает зерна, обеспечивая легкую ионную проводимость без обработки высоким давлением/температурой. Материал может быстро самовосстанавливаться в случае разрушения и обеспечивает пути проводимости, подобные жидкости, через границы зерен.

Кристаллическая структура мягкого твердого сокристаллического электролита (Adpn)2LiPF6 a. Изображение основной структурной единицы (Adpn)2LiPF6, показывающее тетракоординированные ионы Li⁺ с четырьмя молекулами Adpn, каждая из которых имеет второй эквивалентный по симметрии атом Li; Анионы PF6⁻ занимают свободный межузельный карман в кристаллической структуре. Грей, С; желтый, Ли; синий, Н; красный, П; оранжевый, Ф.; цветная рамка показывает размеры элементарной ячейки; красный — а-кристаллографическое направление; синий, c-кристаллографическое направление. б — диаграмма упаковки (Adpn)2LiPF6, показывающая каналы ионов Li⁺ в низкоаффинной матрице кристаллической структуры. Пракаш и др.

Существенно высокие ионная проводимость (~10–4 См·см–1) и число переноса литий-иона (0,54) достигаются за счет слабого взаимодействия между «жесткими» (плотными заряженными) ионами Li+ и «мягкими» (электронно поляризуемыми) – C≡N группа Adpn.

Молекулярное моделирование предсказывает, что ионы Li+ мигрируют по границам зерен сокристалла с (предпочтительно) более низкой энергией активации Ea и внутри межузельных областей между сокристаллами с более высокими значениями Ea, где объемная проводимость вносит меньший, но существующий вклад.

Эти сокристаллы создают особую концепцию кристаллической конструкции для повышения термической стабильности LiPF6 за счет разделения ионов в матрице растворителя Adpn, а также демонстрируют уникальный механизм ионной проводимости через границы зерен с низким сопротивлением, который контрастирует с керамикой или гелевыми электролитами. .

Ресурсы

Пракаш П., Фолл Б., Агирре Дж. и др. (2023) «Мягкий сокристаллический твердый электролит для литий-ионных аккумуляторов». Нат. Матер. 22, 627–635 дои: 10.1038/s41563-023-01508-1

Опубликовано 8 мая 2023 г. в категории «Батареи», «Рыночная информация», «Твердотельные устройства» | Постоянная ссылка | Комментарии (0)