I . Nodweddion a manteision rhwymwyr polyacrylate (PAA)
Y chwydd lleiaf posibl mewn toddyddion electrolyt: Yn arddangos chwydd isel, gan gynnal cyfanrwydd strwythurol taflenni electrod yn ystod cylchoedd gwefru/gollwng .
Cyfran uchel o grwpiau carboxyl: Mae dwysedd uchel grwpiau carboxyl pegynol yn ffurfio bondiau hydrogen cryf â deunyddiau gweithredol sy'n cynnwys hydrocsyl, gan wella sefydlogrwydd gwasgariad .
Ffurfiant Ffilm Parhaus: Yn creu ffilm unffurf ar arwynebau deunydd, gan wella cyswllt rhwng deunyddiau gweithredol a chasglwyr cyfredol .
Sefydlogrwydd Mecanyddol Ardderchog: yn hwyluso rhwyddineb prosesu yn ystod gweithgynhyrchu electrod .
Perfformiad Ffurfio a Beicio SEI Gwell: Mae'r crynodiad uchel o grwpiau swyddogaethol pegynol yn hyrwyddo bondio hydrogen ag arwynebau deunydd silicon ac AIDS wrth ffurfio haen interphase electrolyt solet sefydlog (SEI), gan arwain at fywyd beicio uwchraddol .
II . Heriau datblygu
Mae systemau rhwymwr PAA confensiynol (asid polyacrylig) ar gyfer electrodau fel arfer yn defnyddio polymerau PAA traws-gysylltiedig fel y rhwymwr anod . fel polymer pwysau uchel-moleciwlaidd uchel, mae PAA ac yn estyn hyd oes dalen electrod .
Fodd bynnag, mae'r grwpiau swyddogaethol pegynol yn hwyluso bondio hydrogen o fewn cadwyni moleciwlaidd hir PAA . Mae hyn yn cyfyngu cylchdroi'r cadwyni yn rhydd, gan gynyddu eu anhyblygedd . o ganlyniad, mae taflenni electrod wedi'u seilio ar PAA yn gyffredinol yn dangos bod y cyfaddawd yn anad dim beicio, rhwystro prosesau troellog celloedd, ac yn y pen draw yn cyfyngu ar welliannau mewn perfformiad electrocemegol batri .
III . Arferion ymchwil mewn cymwysiadau ymarferol o PAA gradd batri
1. sodiwm-ion batri anodau carbon caled
Mae gweithgynhyrchwyr anodau carbon caled ar gyfer batris sodiwm-ion (SIBs) yn gosod gofynion llym ar rwymwyr PAA . Mae rhwymwr PAA o ansawdd uchel, hynod hyblyg yn hanfodol ar gyfer amddiffyn cyfanrwydd strwythurol anodau carbon caled {{{3}
Yn y farchnad Anod Carbon Caled SIB gyfredol, mae defnyddio rhwymwyr PAA is -safonol yn cynyddu'r risg o wrthwynebiad mewnol uchel yn sylweddol, gan effeithio'n negyddol ar effeithlonrwydd batri a dibynadwyedd . i'r gwrthwyneb, mae'r premiwm, rhwymwr PAA hyblyg iawn yn lliniaru'r materion hyn yn effeithiol .
Mae perfformiad electrocemegol, dargludedd, gallu i addasu amgylcheddol, ac ymwrthedd cyrydiad y rhwymwr PAA hyblyg hefyd yn ffactorau hanfodol, gan ddylanwadu'n uniongyrchol ar ansawdd y cynnyrch anod carbon caled terfynol .
Y tu hwnt i nodweddion cynhenid, mae cymhwysiad ymarferol yn canolbwyntio'n helaeth ar baramedrau perfformiad fel nodweddion rhwymwr, cynnwys solet, cryfder adlyniad, a lefel pH . Mae'r paramedrau hyn yn cydberthyn yn uniongyrchol ag effeithlonrwydd gweithredol yr anod carbon caled {.
2. anodau sy'n seiliedig ar silicon
Silicon-based lithium-ion battery anodes offer a specific capacity an order of magnitude higher than conventional graphite. However, forming stable silicon anodes is challenging due to significant volume changes during the electrochemical alloying/dealloying of silicon with lithium. Binder selection and optimization are vital for improving silicon anode sefydlogrwydd . Mae'r rhan fwyaf o ymchwil yn defnyddio rhwymwyr fflworid carboxymethyl (CMC) a polyvinylidene (PVDF) .
Mae corff sylweddol o ymchwil arbrofol yn dangos bod PAA pur yn meddu ar briodweddau mecanyddol sy'n debyg i CMC ond yn cynnwys crynodiad uwch o grwpiau swyddogaethol carboxyl . Mae hyn yn galluogi PAA i weithredu fel rhwymwr ar gyfer anodau Si, gan gyflawni perfformiad uwchraddol {{{1}
Research further demonstrates the positive impact of carbon coating on anode stability. Carbon-coated Si nanopowder anodes (tested between 0.01 and 1 V vs. Li/Li+), incorporating PAA at levels as low as 15 wt%, exhibit exceptional stability over the first 100 cycles. Mae'r canfyddiadau hyn yn agor llwybrau newydd ar gyfer archwilio rhwymwyr newydd fel y gyfres alcohol polyvinyl (PVA).
Mae PAA croeslinio gyda deunyddiau eraill yn cynrychioli cyfeiriad datblygu newydd, gan gynnwys rhwymwyr traws-gysylltiedig AA-CMC, rhwymwyr traws-gysylltiedig PAA-PVA, rhwymwyr traws-gysylltiedig PAA-PANI (polyaniline), a rhwymwyr EDTA-PAA {.
3. PVA-G-PAA (PVA-GRAFTED-PAA)
Mae rhwymwr newydd sy'n hydoddi mewn dŵr, PVA-G-PAA, yn cael ei syntheseiddio trwy impio PAA ar gadwyni ochr PVA hyblyg iawn (alcohol polyvinyl) {. Mae'r addasiad grŵp swyddogaethol hwn yn gwella hyblygrwydd y system rhwymwr PAA wrth lythrennu PVA
Mae'r polymerization impio radical hwn yn cyflwyno hydwythedd, gan wneud iawn am gyfyngiadau strwythurol rhwymwyr PAA pur .
Yn ystod saernïo dalennau electrod, mae cywasgiad rholio yn cael ei berfformio'n barhaus gan ddefnyddio pwysau rholer amrywiol ar draws segmentau hyd diffiniedig y ddalen . Mae'r broses hon yn gwella caledwch y ddalen, gan leihau dadffurfiad, cynyddu gallu electrod penodol, gan wella gallu cyfradd, ac ymestyn cylchrediad}}}}}}}}
4. prelithiation paa (lipaa)
Mae cymhwyso deunyddiau silicon-carbon (SI-C) yn gosod galwadau uwch ar rwymwr anod a systemau asiant dargludol . Mae rhwymwyr PVDF anhyblyg traddodiadol yn anaddas ar gyfer anodau Si . Mae rhwymwyr paa acric yn cynnwys grwpiau sei arwyddocaol, mae crwpiau sesiwn arwyddocaol, Gwella bywyd beicio anodau Si . Felly, mae rhwymwyr PAA yn hynod effeithiol ar gyfer anodau Si .
Mae astudiaethau'n dangos bod lithiwm polyacrylate (LIPAA) yn perfformio'n well na PAA ei hun, er bod y rhesymau sylfaenol yn aneglur . cynhaliwyd ymchwil helaeth i egluro'r mecanwaith y tu ôl i berfformiad uwchraddol Lipaa {{}}
Astudiwyd electrodau a oedd yn cynnwys 15% nano-Si, 73% graffit artiffisial, 2% carbon du, a rhwymwr 10% (naill ai PAA neu lipaa) . ar ôl sychu cychwynnol, perfformiwyd cam sychu eilaidd ar ~ ~ gradd ~ 79 mah/g ar gyfer anodau wedi'u seilio ar lipaa yn erbyn ~ 610 mAh/g ar gyfer anodau sy'n seiliedig ar PAA .
Cromliniau perfformiad beicio celloedd llawn gan ddefnyddio cathodau nmc532
Ffigur A: Nid yw celloedd â rhwymwr lipaa yn dangos unrhyw gydberthynas sylweddol rhwng perfformiad beic a thymheredd sychu eilaidd . Cyflwynodd y catod NMC532 gapasiti cychwynnol o 127 mAh/g yn c/3, gan ddirywio i ~ 91 mAh/g ar ôl 90 cylch .}}}
Figure B: Cells with PAA binder exhibit a clear dependence on secondary drying temperature (120℃red, 140℃gold, 160℃green, 180℃blue). While the 160℃dried PAA cell showed the highest initial capacity and the 120℃dried cell the lowest, the 160℃dried cell degraded fastest, reaching ~62 mAh/g after 90 Cylchoedd . Mae'r gell sych 140 gradd wedi'i diraddio'n arafach, gan gynnal ~ 71 mAh/g .
First-cycle Coulombic Efficiency (CE): LiPAA cells achieved ~84% (only the 200℃LiPAA cell was slightly lower at ~82%). Their Coulombic efficiency rapidly increased to ~99.6% within the first 5 cycles. PAA cells achieved ~80% first-cycle CE (only Roedd y gell PAA 180 gradd yn sylweddol is ar ~ 75%), gan ei gwneud yn ofynnol i ~ 40 cylch gyrraedd 99.6% CE - yn sylweddol arafach na chelloedd LIPAA.
Datgelodd profion gollwng pwls ar ddyfnder 50% y gollyngiad (Adran Amddiffyn) wrthwynebiad mewnol sylweddol is mewn celloedd lipaa o gymharu â chelloedd PAA [y ffigur y cyfeiriwyd atynt isod], heb unrhyw gysylltiad ymddangosiadol i dymheredd sychu eilaidd ar gyfer lipaa {. mewn cyferbyniad, cynyddodd gwrthiant celloedd PAA gyda thymheredd sychu eilaidd}
Dadansoddiad Thermogravimetrig (TGA) Gan Kevin A . Hays [Ffigur y cyfeiriwyd atynt isod] Ar lipaa ac nododd anodau PAA ddau brif gam dadhydradiad: 1) Tynnu dŵr rhydd (~ 40 gradd), 2) Mae paa} Lipa ~ 75 yn digwydd. {140-208 gradd a lipaa rhwng gradd 85-190, wedi'i briodoli i bolymerization rhai grwpiau carboxyl sy'n rhyddhau dŵr [adwaith y cyfeirir ato isod] . Mae'r adwaith hwn yn llai amlwg yn lipaa, lle mae li yn disodli h yn ~ 80% o grwpiau carboxyl}}}}}}
Gall polymerization tymheredd uchel grwpiau carboxyl PAA wanhau'r rhyngweithio rhwng PAA ac Si, gan egluro o bosibl berfformiad beic gwael anodau PAA sych tymheredd uchel . Fodd bynnag, dangosodd profion cryfder croen, er bod adlyniad PAA wedi gostwng gyda thymheredd sychu uwch, yn awgrymu bod Lipa, yn cael ei wneud yn uwch na gwefusau, Beicio .
Ⅳ . casgliad
Mae'r astudiaeth hon yn nodi sefydlogrwydd electrocemegol gwael fel ffactor allweddol sy'n cyfyngu ar berfformiad beic PAA . ar botensial isel, mae PAA yn cael ei drawsnewid yn rhannol iLipaa, Cynhyrchu nwy hydrogen:
PAA + ... ->Lipaa + h₂
Mae'r adwaith hwn yn egluro'r CE cylch cyntaf is o gelloedd PAA (~ 80%) o'i gymharu â chelloedd LIPAA (~ 84%), a'r amser sylweddol hirach (~ 40 cylch vs .<5 cycles) required for PAA cells to achieve high Coulombic efficiency (99.6%).
TOB Energy Newydd- Eich partner proffesiynol ynDeunyddiau Batri, Offer, a datrysiadau llinell gynhyrchu .
