In Situ Polymer Electrolyte Coating for Lithium–Sulfur Batteries

N. Zhumasheva; F. Sultanov; B. Tatykayev; Z. Shalabayev; A. Belgibayeva; A. Dauletbay; E. Nurgaziyeva

doi:10.18321/cpc23(3)243-251

Авторлар

Н. Жумашева National Laboratory Astana, Назарбаев университеті, Қабанбай батыр д., 53, Астана, Қазақстан
Ф. Сұлтанов National Laboratory Astana, Назарбаев университеті, Қабанбай батыр д., 53, Астана, Қазақстан; Аккумуляторлар институты, Назарбаев университеті, Қабанбай батыр д., 53, Астана, Қазақстан
Б. Татықаев National Laboratory Astana, Назарбаев университеті, Қабанбай батыр д., 53, Астана, Қазақстан
Ж. Шалабаев National Laboratory Astana, Назарбаев университеті, Қабанбай батыр д., 53, Астана, Қазақстан
А. Белгібаева National Laboratory Astana, Назарбаев университеті, Қабанбай батыр д., 53, Астана, Қазақстан
А. Даулетбай National Laboratory Astana, Назарбаев университеті, Қабанбай батыр д., 53, Астана, Қазақстан
Э. Нұрғазиева National Laboratory Astana, Назарбаев университеті, Қабанбай батыр д., 53, Астана, Қазақстан

DOI:

https://doi.org/10.18321/cpc23(3)243-251

Кілт сөздер:

қатты полимерлі электролиттер, PTHF, in situ қаптау, қима талдауы, литий-күкірт аккумуляторлары

Аңдатпа

Сұйық электролиттерден қатты электролиттерге көшу литий-күкірт (Li-S) аккумуляторларының қауіпсіздігін және энергия тиімділігін арттырудың негізгі стратегияларының бірі болып саналады. Алайда электрод-электролит шекарасындағы нашар жанасу және жоғары кедергі оларды коммерцияландырудағы басты кедергілердің бірі болып қала береді. Бұл жұмыста in situ қаптау әдісі ұсынылады: фотосәулемен торланған политетрагидрофуран негізіндегі қатты полимерлі электролит (aPTHF-SPE) C@S катодының бетінде тікелей УК-сәулелендіру әдісі арқылы отырғызылады. SEM және EDS талдаулары қалыңдығы 35-46 мкм біртекті полимер қабатының түзілуін растады, ол тығыз шекаралық жанасуды қамтамасыз етеді және қуыстардың пайда болуын азайтады. Электрохимиялық сынақтар in situ қапталған катодтардың бастапқы разряд сыйымдылығы шамамен 250 мА·сағ·г^-1 екенін көрсетті, ал келесі циклдер иондардың тасымалдануының күшеюі мен электродтың активтенуінің арқасында тұрақтырақ болды. Ұзақ циклдеуде сыйымдылықтың біртіндеп төмендеуіне қарамастан, ұсынылған стратегия қапталмаған катодтармен салыстырғанда электрод-электролит шекарасының сапасын айтарлықтай жақсартады. Алынған нәтижелер in situ полимерлі электролит қаптау әдісінің қатты күйлі Li-S аккумуляторларындағы электролит-электрод қабаттарынығ жанасу мәселелерін шешудегі болашағы зор әрі ауқымды әдіс екенін көрсетеді, бұл қауіпсіз әрі тиімді энергия сақтау жүйелеріне жол ашады.

Әдебиеттер тізімі

(1) X. Cui, X. Wang, Q. Pan. Achieving fast and stable Li⁺ transport in lithium-sulfur battery via a high ionic conduction and high adhesion solid polymer electrolyte, Energy Mater. 3 (2023) 300034. Crossref

(2) Z. Shadike, S. Tan, Q.-C. Wang, et al. Review on organosulfur materials for rechargeable lithium batteries, Mater. Horiz. 8 (2021) 471-500. Crossref

(3) Z. Pan, D.J.L. Brett, G. He, et al. Progress and perspectives of organosulfur for lithium–sulfur batteries, Adv. Energy Mater. 12 (2022) 2103483. Crossref

(4) X. Zhao, C. Wang, Z. Li, et al. Sulfurized polyacrylonitrile for high-performance lithium-sulfur batteries: advances and prospects, J. Mater. Chem. A. 9 (2021) 19282-19297. Crossref

(5) Z. Ding, J. Li, J. Li, et al. Review—Interfaces: Key issue to be solved for all solid-state lithium battery technologies, J. Electrochem. Soc. 167 (2020) 070541. Crossref

(6) Q. Yang, N. Deng, Y. Zhao, et al. A review on 1D materials for all-solid-state lithium-ion batteries and all-solid-state lithium-sulfur batteries, Chem. Eng. J. 451 (2023) 138532. Crossref

(7) M. Yan, W.P. Wang, Y.X. Yin, et al. Interfacial design for lithium–sulfur batteries: from liquid to solid, EnergyChem 1 (2019) 100002. Crossref

(8) S. Wang, et al. Structural transformation in a sulfurized polymer cathode to enable long-life rechargeable lithium-sulfur batteries, J. Am. Chem. Soc. 145 (2023) 9624–9633. Crossref

(9) Y. Shan, L. Li, X. Yang. Solid-state polymer electrolyte solves the transfer of lithium ions between the solid-solid interface of the electrode and the electrolyte in lithium-sulfur and lithium-ion batteries, ACS Appl. Energy Mater. 4 (2021) 5101–5112. Crossref

(10) D. Marmorstein, T.H. Yu, K.A. Striebel, et al. Electrochemical performance of lithium–sulfur cells with three different polymer electrolytes, J. Power Sources (2000). [Online]. Available: URL

(11) J.H. Shin, S.S. Jung, K.W. Kim, et al. Preparation and characterization of plasticized polymer electrolytes based on the PVdF-HFP copolymer for lithium/sulfur battery, J. Mater. Sci. Mater. Electron. 13 (2002) 727–733. Crossref

(12) J. Yang, Y. Chu, X. Zhang, et al. Realizing highly conductive “polymer in salt” electrolytes through Li-ion-highway for room temperature all-solid-state Li–S batteries, J. Energy Storage 96 (2024) 112539. Crossref

(13) E. Nurgaziyeva, A. Mentbayeva, Z. Bakenov, et al. Crosslinked polytetrahydrofuran-based solid-state electrolytes with improved mechanical stability and electrochemical performance, Appl. Mater. Today 40 (2024) 102417. Crossref

(14) F. Sultanov, et al. Enhancing lithium-sulfur battery performance with biomass-derived graphene-like porous carbon and NiO nanoparticles composites, J. Power Sources 593 (2024) 233959. Crossref

(15) C. Zhang, Y. Lin, J. Liu. Sulfur double locked by a macro-structural cathode and a solid polymer electrolyte for lithium-sulfur batteries, J. Mater. Chem. A 3 (2015) 10760–10766. Crossref

(16) R. Fang, H. Xu, B. Xu, et al. Goodenough. Reaction mechanism optimization of solid-state Li–S batteries with a PEO-based electrolyte, Adv. Funct. Mater. 31 (2021) 2001812. Crossref

(17) M.S. Grewal, M. Tanaka, H. Kawakami. Free-standing polydimethylsiloxane-based cross-linked network solid polymer electrolytes for future lithium-ion battery applications, Electrochim. Acta 307 (2019) 148–156. Crossref