Полимерный электролит: полимерный электролит — это… Что такое полимерный электролит?

Содержание

полимерный электролит — это… Что такое полимерный электролит?

полимерный электролит
polymer(ic) electrolyte

Большой англо-русский и русско-английский словарь. 2001.

  • полимерный пластификатор
  • полимеробетон

Смотреть что такое «полимерный электролит» в других словарях:

  • Литий-полимерный аккумулятор — сотового телефона Литий полимерный аккумулятор (Li pol или Li polymer)  это более совершенная конструкция литий ионного аккумулятора. В качестве электролита используется полимерный материал …   Википедия

  • ТПЭ — Тяжпромэкспорт ГПВО «Тяжпромэкспорт» ТПЭ термопластичный эластомер ТПЭ Техпромэкспорт внешнеэкономическое объединение фин. ТПЭ Технопро …   Словарь сокращений и аббревиатур

  • Литий-железо-сульфидный аккумулятор — Li FeS  это вторичный химический источник тока в котором анодом является литий алюминиевый сплав, электролит  сплав хлорида фторида и сульфида лития в матрице из оксида магния (твердый электролит), катод  FeS сульфид железа.… …   Википедия

  • Никель-металл-гидридный аккумулятор — Никель металл гидридные аккумуляторы Никель металл гидридный аккумулятор (Ni MH)  вторичный химический источник тока, в котором анодом является водородный металлогидридный электрод (обычно гибрид никель лантан …   Википедия

  • Химический источник тока — (аббр. ХИТ)  источник ЭДС, в котором энергия протекающих в нём химических реакций непосредственно превращается в электрическую энергию. Содержание 1 История создания 2 Принцип действия …   Википедия

  • БАТАРЕЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ — автономный источник постоянного тока, не связанный с машинным электрогенератором. Представляет собой преобразователь энергии в виде одного или нескольких элементов питания, не имеющий движущихся частей. Батареи электропитания преобразуют в… …   Энциклопедия Кольера

  • Свинцово-кислотный аккумулятор — Автомобильный свинцово кислотный аккумулятор См. также: Автомобильный аккумулятор Свинцово кислотный аккумулятор  наиболее распространенный на сегодняшний день тип …   Википедия

  • Марганцево-цинковый элемент — Марганцево цинковый элемент. (1)  металлической колпачок, (2)  графитовый электрод («+»), (3)  цинковый стакан (« »), (4)  оксид марганца, (5)  электролит, (6)  металлический контакт. Марганцево цинковый элемент,… …   Википедия

  • Химические источники тока — (аббр. ХИТ)  устройства, в которых энергия протекающих в них химических реакций непосредственно превращается в электрическую энергию. Содержание 1 История создания 2 Принцип действия …   Википедия

  • Автомобильный аккумулятор — 12В Автомобильный аккумулятор (для краткости может именоваться АКБ)  тип электрического аккумулятора, применяемый на автомобильном или мототранспорте. Энергия аккумулятора используется в первую очере …   Википедия

  • Серебряно-цинковый аккумулятор — СЦ 25 Серебряно цинковый аккумулятор  вторичный химический источник тока, аккумулятор, в котором анод это оксид серебра, в виде спресованного порошка, катод  смесь …   Википедия

Характеристики неплатиновых катодных катализаторов для водородо-кислородного топливного элемента с протонпроводящим и анионпроводящим электролитами | Корчагин

1. The fuel cell Industry Review 2013. URL: http://www.fuelcelltoday.com/media/1889744/fct_review_2013.pdf (дата обращения: 29.04.2015)

2. Fernandes A.C., Ticianelli E.A. // J. Power Sources, 2009, vol. 193, no. 2, pp. 547-554.

3. Peighambardoust S.J., Rowshanzamir S., Amjadi M. // Int. J. Hydrogen energy, 2010, vol. 35, no. 17, pp. 9349-9384.

4. Nasef M.M., Aly A.A. // Desalination, 2012, vol. 287, pp. 238-246.

5. Merle G., Wessling M., Nijmeijer K. // J. Membr. Sci., 2011, vol. 377, no. 1-2, pp. 1-35.

6. Fukuta K. Electrolyte Materials for AMFCs and AMFC Perfomance. Tokuama Corp. May 8th 2011. URL: http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/pdfs/amfc_050811_fukuta.pdf (дата обращения: 29.04.2015)

7. Varcoe J.R., Slade R.C.T., Wright G.L., Chen Y. // J. Phys. Chem., B, 2006, vol. 110, no. 42, pp. 21041-21049.

8. Lu S., Pan J., Huang, A., Zhuang L., Lu J. // PNAS, 2008, vol.105, no. 52, pp. 20611-20614.

9. Sheng W., Bivens A.P., Myint M., Zhuang Z., Chen J.G., Yan Y. // 224th ECS Meet, 2013, Abs.# 1367.

10. Hu Q., Li G., Pan J., Tan L., Lu J., Zhuang L. // Int. J. Hydrogen energy, 2013, vol. 38, no. 36, pp. 16264-16268.

11. Ng J.W.D., Gorlin Y., Nordlund D., Jaramillo T.F. // J. Electrochem. Soc., 2014, vol. 161, no. 7, pp. D3105-3112.

12. Тарасевич М.Р., Корчагин О.В. // Электрохимия. 2013. Т. 49. № 7. С. 676—695.

13. Тарасевич М.Р., Мазин П.В., Капустина Н.А. // Электрохимия. 2012. Т. 48. № 11. С. 1222—1232.

14. Тарасевич М.Р., Мазин П.В., Капустина Н.А. // Электрохимия. 2011. Т. 47. № 8. С. 986—996.

15. Богдановская В.А., Тарасевич М.Р., Лозовая О.В. // Электрохимия. 2011. Т. 47. № 7. С. 902—917.

16. Богдановская В.А., Бекетаева Л.А., Рыбалка К.В., Ефремов, Б.Н., Загудаева Н.М., Сакашита М., Иидзима Т., Исмагилов З.Р. // Электрохимия. 2008. Т. 44. № 3. С. 316—325.

17. Yang Z., Nie, H., Chen X., Chen, X., Huang S. // J. Power Sources, 2013, vol. 236, pp. 238-249.

18. Procedures For Performing In-Plane Membrane Conductivity Testing, 2008. URL: http://energy.gov/sites/prod/files/2014/03/f10/htmwg_may09_conductivity_testing.pdf (дата обращения: 14.08.2015)

19. Wang H., Turner J.A. // J. Power Sources, 2008, vol. 183, no. 2, pp. 576-580.

20. Grew K.N., Ren X., Chu D. // Electrochem. and Solid-State Lett., 2011, vol.14, no.12, pp. B127-B131.

21. Давыдова Е.С., Тарасевич М.Р. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2015. Т. 51. № 2. С. 184—192.

22. Finšgar M, Fassbender S, Hirth S, Milošev I. // Mater. Chem. Phys., 2009, vol. 116, no. 1, pp. 198-206.

23. Плесков Ю.В., Филиновский В.Ю. Вращающийся дисковый электрод. М.: Наука, 1972. 345 с.

24. Цивадзе А.Ю., Тарасевич М.Р., Кузов А.В., Кузнецова Л.Н., Лозовая О.В., Давыдова Е.С. // Доклады Академии наук. 2012. Т. 442. № 6. С. 776—779.

25. Тарасевич М.Р., Корчагин О.В. // Электрохимия. 2014. Т. 50. № 8. С. 821—834.

26. Wu J., Zhang D., Wang Y., Wan Y., Hou B. // J. Power Sources, vol. 198, pp. 122-126.

27. Gunasekara I., Lee M., Abbott D., Mukerjeez S. // J. Electrochem. Lett., 2012, vol.1, no. 2, pp. F16-19.

перевод на английский, синонимы, антонимы, примеры предложений, значение, словосочетания

Полимерный электролит имеет небольшое ухудшение проводимости по механизму термической деструкции проводящего полимера . The polymer electrolyte has a small conductivity deterioration by a thermal degradation mechanism of the conductive polymer .
После этого окисленный спеченный блок пропитывают предшественниками полимера , чтобы получить полимерный электролит , противоэлектрод. Thereafter, the oxidized sintered block is impregnated with the precursors of the polymer , to achieve the polymer electrolyte , the counter electrode.
Прямоугольные полимерные Al-колпачки имеют одну или несколько слоистых алюминиевых анодных пленок и проводящий полимерный электролит . Rectangular polymer Al — caps have one or more layered aluminum anode foils and a conductive polymer electrolyte .
Гибридные полимерные алюминиевые электролитические конденсаторы объединяют твердый полимерный электролит с жидким электролитом . The hybrid polymer aluminum electrolytic capacitors combine a solid polymer electrolyte with a liquid electrolyte .
Да. Электролит из полимерного геля и тефлона. Polymer gel electrolyte with Teflon.
Эти батареи удерживают свой электролит в твердом полимерном композите вместо жидкого растворителя, а электроды и сепараторы ламинированы друг к другу. These batteries hold their electrolyte in a solid polymer composite instead of in a liquid solvent, and the electrodes and separators are laminated to each other.
В качестве электрического соединения между обоими полимерными слоями служит жидкий электролит , как в обычных влажных Al-e-колпачках, пропитывающих сепаратор. As electrical connection between both polymer layers serve a liquid electrolyte like in conventional wet Al — e — caps impregnating the separator.
Электрические свойства алюминиевых, танталовых и ниобиевых электролитических конденсаторов были значительно улучшены с помощью полимерного электролита . The electrical properties of aluminum, tantalum and niobium electrolytic capacitors have been greatly improved by the polymer electrolyte .
Цилиндрические полимерные алюминиевые конденсаторы основаны на технологии намотки алюминиевых электролитических конденсаторов с жидкими электролитами . Cylindrical polymer aluminum capacitors based on the technique of wound aluminum electrolytic capacitors with liquid electrolytes .
Электролитические конденсаторы с нетвердыми электролитами демонстрируют более широкую аберрацию в частотном и температурном диапазонах, чем полимерные конденсаторы. Electrolytic capacitors with non — solid electrolytes show a broader aberration over frequency and temperature ranges than polymer capacitors.
Тепло, генерируемое пульсирующим током, также влияет на срок службы алюминиевых и танталовых электролитических конденсаторов с твердыми полимерными электролитами . The heat generated by the ripple current also influences the lifetime of aluminum and tantalum electrolytic capacitors with solid polymer electrolytes .
Тепло, генерируемое пульсирующим током, также влияет на срок службы алюминиевых и танталовых электролитических конденсаторов с твердыми полимерными электролитами . The heat generated by the ripple current also influences the lifetime of aluminum and tantalum electrolytic capacitors with solid polymer electrolytes .
Ячейки с твердыми полимерными электролитами еще не достигли полной коммерциализации и до сих пор являются предметом исследований. Cells with solid polymer electrolytes have not reached full commercialization and are still a topic of research.
Полимерные конденсаторы обычно имеют более низкую ЭПР, чем влажно-электролитические того же значения, и стабильны при изменяющейся температуре. Polymer capacitors usually have lower ESR than wet — electrolytic of same value, and stable under varying temperature.
Однако полимерные танталовые, а также полимерные алюминиевые электролитические конденсаторы имеют срок службы. However, polymer tantalum as well as polymer aluminum electrolytic capacitors do have a life time specification.
Полимерные электролитические конденсаторы, при наличии достаточного пространства, имеют кодированные отпечатанные маркировочные знаки для обозначения. Polymer electrolytic capacitors, given sufficient space, have coded imprinted markings to indicate.
Но эти биполярные электролитические конденсаторы не приспособлены для основных применений переменного тока вместо силовых конденсаторов с металлизированной полимерной пленкой или бумажным диэлектриком. But these bipolar electrolytic capacitors are not adaptable for main AC applications instead of power capacitors with metallized polymer film or paper dielectric.
Применение более низкого напряжения может оказать положительное влияние на полимерные электролитические конденсаторы. Applying a lower voltage may have a positive influence on polymer electrolytic capacitors.
Полимерные электролитические конденсаторы, алюминиевые, а также танталовые полимерные конденсаторы не выдерживают переходных процессов или пиковых напряжений, превышающих напряжение перенапряжения. Polymer electrolytic capacitors, aluminum as well as tantalum polymer capacitors can not withstand transients or peak voltages higher than surge voltage.
Работающие конденсаторы предназначены для непрерывной работы при питании двигателя, поэтому электролитические конденсаторы не используются, а используются полимерные конденсаторы с низкими потерями. Run capacitors are designed for continuous duty while the motor is powered, which is why electrolytic capacitors are avoided, and low — loss polymer capacitors are used.
В общем случае полимерные электронные колпачки имеют более высокую оценку тока утечки, чем другие твердые или нетвердые электролитические конденсаторы. In general polymer e — caps have a higher leakage current rating than the other solid or non — solid electrolytic capacitors.
Полимерные электролитические конденсаторы также выпускаются в гибридной конструкции. Polymer electrolytic capacitors are also available in a hybrid construction.
Через три года появились танталовые электролитические конденсаторы с катодом из полимера PPy. Tantalum electrolytic capacitors with PPy polymer electrolyte cathode followed three years later.
KEMET Corporation-Американский производитель конденсаторов, таких как: тантал, алюминий, многослойная керамика, пленка, бумага, полимерные электролитические и суперконденсаторы. KEMET Corporation is an American manufacturer of capacitors, such as; tantalum, aluminum, multilayer ceramic, film, paper, polymer electrolytic , and supercapacitors.
Но эти биполярные электролитические конденсаторы не приспособлены для основных применений переменного тока вместо силовых конденсаторов с металлизированной полимерной пленкой или бумажным диэлектриком. But these bipolar electrolytic capacitors are not adaptable for main AC applications instead of power capacitors with metallized polymer film or paper dielectric.
Полимерные танталовые электролитические конденсаторы чувствительны к пиковым или импульсным токам. Polymer tantalum electrolytic capacitors are sensitive to peak or pulse currents.
SMD-стиль для поверхностного монтажа алюминиевых электролитических конденсаторов с полимерным электролитом . SMD style for surface mounting of aluminum electrolytic capacitors with polymer electrolyte .
Маркировка полярности для полимерных электролитических конденсаторов. Polarity marking for polymer electrolytic capacitors.
Характеристики ESR и ESL полимерных электролитических конденсаторов сходятся к характеристикам конденсаторов MLCC. The ESR and ESL characteristics of polymer electrolytic capacitors are converging to those of MLCC capacitors.
Величина емкости полимерных электролитических конденсаторов зависит от частоты измерения и температуры. The capacitance value of polymer electrolytic capacitors depends on measuring frequency and temperature.
Что касается стандарта IEC 60384-1, то значения импеданса полимерных электролитических конденсаторов измеряются и определяются на частоте 100 кГц. Regarding the IEC 60384 — 1 standard, the impedance values of polymer electrolytic capacitors are measured and specified at 100 kHz.
Для полимерных танталовых, а также алюминиевых электролитических конденсаторов нет данных о диэлектрическом поглощении. For polymer tantalum as well as aluminum electrolytic capacitors no figures for dielectric absorption are available.
Значительную роль также сыграли электролитные альтернативы, например литий-полимерная батарея. Electrolyte alternatives have also played a significant role, for example the lithium polymer battery.
Значительную роль также сыграли электролитные альтернативы, например литий-полимерная батарея. Khabar, a Yemeni news agency allied with Saleh said that the former president and his family were unharmed.
Дополнительно эти конденсаторы имеют лучшие значения ESR как полимерные e-колпачки с ppy электролитом . Additional this capacitors have better ESR values as polymer e — caps with PPy electrolyte .
Эта конструкция предлагается в качестве полимерных танталовых чиповых конденсаторов, а также более дешевых танталовых чиповых конденсаторов с электролитом MnO2. This design is offered as polymer tantalum chip capacitors as well as lower expensive tantalum chip capacitors with MnO2 electrolyte .
Вид поперечного сечения емкостной ячейки намотанного полимерного алюминиевого конденсатора с полимерным электролитом . Cross — sectional view of the capacitive cell of a wound polymer aluminum capacitor with polymer electrolyte .
Значения тока утечки для конденсаторов с полимерным электролитом составляют от 0,2 до 0,04 CRUR, в зависимости от производителя и серии. The leakage current values for polymer electrolyte capacitors are between 0.2 CRUR to 0.04 CRUR, depending on the manufacturer and series.
Примерно с 2007 года для более качественных компьютерных материнских плат стало обычным использовать только полимерные конденсаторы, где ранее использовались влажные электролиты . From about 2007 it became common for better — quality computer motherboards to use only polymer capacitors where wet electrolytics had been used previously.
В то время полимерные батареи были многообещающими, и казалось, что полимерные электролиты станут незаменимыми. At that time polymer batteries were promising and it seemed polymer electrolytes would become indispensable.
Хотя эти полимерные электролиты могут быть сухими на ощупь, они все еще могут содержать от 30% до 50% жидкого растворителя. Although these polymer electrolytes may be dry to the touch, they can still contain 30% to 50% liquid solvent.
Полимерные электролиты перспективны для минимизации дендритного образования лития. Polymer electrolytes are promising for minimizing the dendrite formation of lithium.

pH-электроды, электроды для измерения pH гелевый / полимерный электролит

×

Как правильно искать на сайте, рекомендации

Пример: Как не нужно искать

Вводить одно КЛЮЧЕВОЕ СЛОВО

после перехода на страницу поиска по заданному запросу Вы сможите уточнить КАТЕГОРИЮ ТОВАРОВ и БРЕНД/ МАРКУ которые присвоены искомому товару.

электрод
индикатор
центрифуга
дозатор

вместо запроса «комбинированный рН-электрод для измерений в микропланшетах корпус стекло» (!!! Не использовать фразы из нескольких слов / и сложносоставные запросы)

Водить КОРЕНЬ слова без окончаний

Ввести СИНОНИМ (КОРЕНЬ слова синонима)

оч
вместо запроса «особо чистый»
При поиск «Квалификации химических реактивов» использовать сокращения: хч вместо запроса «химически чистый»
Для поиска по «Квалификации химических реактивов» можно перейти к подбору : по характеристикам раздела «Химические реактивы» чда вместо запроса «чистые для анализа»
тех вместо запроса «технически»
На странице категории воспользоваться «Фильтром характеристик, в каждой категории есть вверху кнопка: Перейти к подбору по характеристикам нажимая на которую страница прокручиваться до списка «Характеристик» данной категории.

Осторожно, вода! Ученые Сколтеха показали, что перспективный твердый электролит боится воды

Исследователи Сколтеха и их коллеги показали, что LATP – твердый электролит, который можно было бы использовать в накопителях энергии нового поколения, очень чувствителен к воде, что непосредственно влияет на производительность и срок службы аккумуляторов. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemistry of Materials.

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) во всем мире вызывают большой интерес благодаря их экологичности и высокой эффективности преобразования энергии, однако их внедрение связано с серьезными проблемами из-за присущего им цикличного и непостоянного характера работы. Как ночь сменяет день, а штиль сменяет ветер, так и за режимом генерации энергии следует период простоя. Вполне очевидно, что такой источник питания с непредсказуемой цикличностью вряд ли заинтересует потребителя. Но у этой проблемы существует решение – это накопители энергии. Предполагается, что они будут аккумулировать спонтанно генерируемую энергию, а затем поставлять ее в соответствии с уровнем потребления, тем самым обеспечивая стабильное и адаптивное электроснабжение.

Наиболее перспективными среди широкого спектра систем накопления энергии считаются проточные редокс-аккумуляторы благодаря легкости масштабирования, удобству в работе и возможности контроля выходной мощности. Проточный редокс-аккумулятор – это, по сути, обычный аккумулятор, но «наоборот»: в редокс-аккумуляторе в качестве электродов используются жидкости (анолит и католит), а в качестве ионопроводящего электролита – твердая мембрана. Поскольку именно свойства мембраны определяют конечные рабочие показатели и срок службы аккумулятора, ученые рассматривают возможность изготовления мембран из различных материалов, в том числе неорганических и полимерных.

Одним из таких соединений является LATP — Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3. Это хорошо известный литиевый проводник из семейства NASICON, которое получило свое название от первых подробно описанных натриевых проводников Na Super Ionic CONductor. Все проводники этого семейства имеют схожую кристаллическую структуру, которая и определяет высокую ионную проводимость соединений.

Хотя проводимость и структурные особенности LATP описаны достаточно подробно, их устойчивость к воздействию таких факторов окружающей среды, как воздух и вода, пока остается малоизученной. Научный сотрудник Центра энергетических технологий Сколтеха (CEST) Мариам Погосова и ее коллеги решили выяснить, влияет ли чистая вода на свойства LATP.

«LATP вызывал у нас большой интерес: это хорошо известный суперионный проводник с высоким потенциалом для дальнейшего химического и технологического усовершенствования. Известно, что у LATP есть и ряд недостатков, таких как высокая хрупкость и низкая устойчивость к воздействию металлического лития. Тем не менее, эти недостатки нас не смущали, так как мы планировали компенсировать их за счет создания композитного материала, и мы приступили к работе», – объяснила Погосова.

В предыдущих исследованиях этой группы ученых было показано, что проводимость керамического LATP резко падает при хранении на воздухе или в аргоне. Исследователи выдвинули гипотезу о том, что главной причиной снижения проводимости может быть влажность, и решили проверить, как вода воздействует на LATP.

Сначала ученые синтезировали LATP путем новаторской двухстадийной твердофазной реакции. Затем полученные образцы LATP помещали в деионизированную воду и выдерживали их вплоть до 12 часов. После этого исследователи анализировали электрохимические, структурные, химические и морфологические свойства образцов, подкрепляя результаты методами теоретического моделирования

В ходе экспериментов было показано, что при контакте с водой свойства керамики LATP существенно ухудшаются: после двухчасовой выдержки в воде общая ионная проводимость снижается на 64%. Ученые также наблюдали появление микротрещин, искажение формы зерна, образование наночастиц, изменения химического состава вещества, сжатие элементарной ячейки, а также изменения внутриструктурных полиэдров. На основе этих наблюдений ученые пришли к выводу, что керамика LATP высокочувствительна к воде и, вероятно, не может применяться в водных проточных редокс-аккумуляторах.

«Очевидно, LATP слишком подвержен воздействию воды, что ставит под сомнение возможность его использования в проточных редокс-аккумуляторах, особенно водных. Хочу подчеркнуть, что условия работы системы «деионизированная вода/LATP», являющейся предметом данного исследования, не соответствуют реальным условиям работы проточного редокс-аккумулятора, так как растворы анолит/католит являются более сложными. Поэтому пока я не рискну делать какие-либо прогнозы относительно перспектив применения LATP. Тем не менее, отмечу, что в результате исследования были получены важные фундаментальные знания, имеющие также практическую ценность: нам удалось показать, что при наличии воды в любом ее виде нужно быть настороже. Например, теперь мы знаем, что сохранить исходные характеристики керамики LATP можно при помощи простой сушки и вакуумирования», – сказала Погосова.

Она также отметила, что данная работа, как это ни удивительно, является первым столь детальным и всесторонним исследованием проблемы воздействия воды на LATP. «Мы планируем провести дополнительные исследования, чтобы уточнить поведение LATP в других средах и проверить, как этот проводник будет вести себя в условиях, соответствующих условиям работы проточных редокс-аккумуляторов», – добавила Погосова.

В совместном исследовании принимали участие специалисты МГУ им. М.В. Ломоносова и Федерального исследовательского центра химической физики им. Н.Н. Семенова РАН. Исследование проводилось в рамках проекта Lithium Redox Flow Batteries for High Power and High Energy Density Energy Storage по программе проектов следующего поколения Сколтех-MIT (The Next Generation).

Контакты:
Skoltech Communications
+7 (495) 280 14 81

*protected email* *protected email*

Новый твердый электролит для литиевых батарей

Давайте вспомним, почти два года назад на моей площадке был опубликован материал о литий-ионных аккумуляторах, типоразмера 18650, емкостью 2900 — 3400 mAh, которые, еще более 17 лет назад разработала компания Matsushita/Panasoniс. При их изготовлении используется литий и жидкий электролит.

За прошедшее время, несмотря на множество попыток применить новые материалы для электродов и электролита в аккумуляторах, заметного изменения их характеристик в положительную сторону не изменилось. Литий-ионные аккумуляторы остаются самыми надежными источниками питания как для портативной электроники, мобильных устройств, так и для электротранспорта. Правда, при всех преимуществах, у них есть серьезный недостаток – пожароопасность из-за жидкого электролита.

В публикуемой ниже информации, утверждается, что новая разработка австралийских ученых твердого электролита на основе промышленных полимеров для литиевых батарей, устраняет этот недостаток, да к тому же, увеличивает энергетическую плотность аккумуляторов. Посмотрим. Более детальнее далее.

«Ученые из Института передовых материалов сообщили о прорыве в создании «первого чистого и функционального образца безжидкостного и эффективного транспорта ионов лития в научном сообществе». Вместо летучих жидкостей, которые обычно применяют в современных батареях и которые могут привести к возгоранию аккумулятора, они использовали твердый полимер, слабо взаимодействующий с ионами лития.

Если индустрия запустит его в массовое производство, считает руководитель исследовательской группы Чэнь Фанфан, в будущем устройства с батареями можно будет безопасно сдавать в багаж самолета, а пассажиры электромобилей не будут подвергаться риску пожара.

Помимо безопасности, новый твердотельный полимерный электролит позволит, наконец, выпускать батареи с анодом из лития.

Это будет прорывом в мире аккумуляторов: по мнению авторов доклада, «Тенденции в химии», литиевый анод критически важен для повышения емкости литиевых батарей. Сейчас именно его отсутствие сдерживает распространение электрических автомобилей, самолетов и портативной электроники.

Такой анод мог бы вдвое увеличить емкость литиевых батарей, показатель которой сейчас равен примерно 250 Вт. ч/кг (аккумулятор Tesla Model 3, один из лучших в индустрии). 500 Вт. ч/кг — это возможность существенно увеличить дальность пробега или снизить массу и цену батареи, при этом добавив динамики.

Еще одно преимущество: ученые использовали только уже существующие полимеры, а значит, производство таких батарей не потребует серьезного переоснащения фабрик.

Сейчас Чэнь и его коллеги тестируют свое изобретение «твердый электролит для литиевых батарей» в батарейках для часов и готовятся начать испытания аккумуляторов для мобильных телефонов. По их завершении австралийские исследователи начнут поиск коммерческих партнеров для выхода на рынок». 

По материалам источника:

Спасибо за прочтение! Если вам понравилось, пожалуйста, поделитесь с друзьями и в комментариях черкните пару слов своего мнения.

Электрохимические системы с твердым полимерным электролитом (Научный обзор) | Григорьев

1. Григорьев С.А. «Электрохимические системы с твердым полимерным электролитом. Часть I. Общие сведения об электрохимических системах с ТПЭ» // Химическое и нефтегазовое машиностроение, № 8, 2012, стр. 9-12.

2. Григорьев С.А. «Электрохимические системы с твердым полимерным электролитом. Часть II. Электролизеры воды, бифункциональные элементы и концентраторы водорода» // Химическое и нефтегазовое машиностроение, № 9, 2012, стр. 3-6.

3. Козлов С.И., Фатеев В.Н. «Водородная энергетика: современное состояние, проблемы, перспективы» / Под ред. Е.П. Велихова, М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2009. — 520 с.

4. Легасов В.А., Пономарев-Степной Н.Н., Проценко А.Н и др. Атомно-водородная энергетика (прогноз развития) // Вопросы атомной науки и техники. Cер. Атомно-водородная энергетика. 1976, в. 1, стр. 5-34.

5. W. Grot “Fluorinated Ionomers” / William Andrew Publishing, 2007, 250 pp.

6. Chen S., Wu Y. “Gravity effect on water discharged in PEM fuel cell cathode” // International Journal of Hydrogen Energy 35 (2010) 2888-2893.

7. Matsushima H., Nishida T., Konishi Y., Fukunaka Y., Ito Y., Kuribayashi K “Water electrolysis under microgravity” // Electrochimica Acta 48 (2003) 4119-4125.

8. Wang Y., Mukheijee P.P., Mishler J., Mukundan R., Borup R.L. “Cold start of polymer electrolyte fuel cells: Three-stage startup characterization” // Electrochimica Acta, Volume 55, Issue 8, 1 March 2010, pp. 2636-2644.

9. S.A. Grigoriev, V. Porembskiy, S. Korobtsev, V.N. Fateev, F. Aupretre, P. Millet “High-pressure PEM water electrolysis and corresponding safety issues” // International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 36, Issue 3, February 2011, pp. 2721-2728.

10. Mitsubishi generates 350 bar hydrogen without compressor // Fuel Cells Bulletin, Volume 2004, Issue 6, June 2004, Pages 8-9.

11. Григорьев С.А. «Синтез и исследования наноструктурных катализаторов для электрохимических систем с твердым полимерным электролитом» // Электрохимическая энергетика, 2009, т. 9, № 1, стр. 18-24.

12. Gruber D., Ponath N., Müller J., Lindstaedt F. “Sputter-deposited ultra-low catalyst loadings for PEM fuel cells” // Journal of Power Sources, Volume 150, 4 October 2005, pp. 67-72.

13. Esmaeilifar A., Rowshanzamir S., Eikani M.H., Ghazanfari E. «Synthesis methods of low-Pt-loading electrocatalysts for proton exchange membrane fuel cell systems» // Energy 35 (2010) 3941-3957.

14. Pantani O., Anxolabehere-Mallart E., Aukauloo A., Millet P. “Electroactivity of cobalt and nickel glyoximes with regard to the electro-reduction of protons into molecular hydrogen in acidic media” // Electrochemistry Communications 9 (2007) 54-58.

15. Kim J.Y., Oh T.-K., Shin Y., Bonnett J., Weil K.S. “A novel non-platinum group electrocatalyst for PEM fuel cell application” // International Journal of Hydrogen Energy, Volume 36, Issue 7, April 2011, pp. 4557-4564.

16. A.V. Dolganov, A.S. Belov, V.V. Novikov, A.V. Vologzhanina, A.Mokhir, Y.N. Bubnov, Y.Z. Voloshin, Iron vs Cobalt clathrochelate electrocatalysts of HER: first example on a cage iron complex, Dalton Trans., 2013, 42, 4373 — 4376.

17. Y.Z. Voloshin, A.V. Dolganov, O.A. Varzatskii, Y.N. Bubnov, Efficient electrocatalytic hydrogen production from the H+ ions using the specially designed boron-capped cobalt clathrochelates, Chem. Commun., 2011, 47, 7737 — 7739.

18. Smitha B., Sridhar S., Khan A.A. “Solid polymer electrolyte membranes for fuel cell applications — a review” // Journal of Membrane Science, 2005, vol. 259, pp. 10-26.

19. P. Millet, R. Durand and M. Pineri “Preparation of new solid polymer electrolyte composites for water electrolysis” // International Journal of Hydrogen Energy, 1990, Vol. 15, No. 4, pp. 245-253.

20. F. Andolfatto, R. Durand, A. Michas, P. Millet and P. Stevens “Solid polymer electrolyte water electrolysis: electrocatalysis and long-term stability” // International Journal of Hydrogen Energy, 1994, Vol, 19, No. 5, pp. 421-427.

21. C.A. Linkous, H.R. Anderson, R.W. Kopitzke and L. Nelson “Development of new proton exchange membrane electrolytes for water electrolysis at higher temperatures” // International Journal of Hydrogen Energy, 1998, Vol. 23, No. I, pp. 525-529.

22. O. Savadogo, et al., “Hydrogen/Oxygen Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC) Based on Acid-Doped Polybenzimidazole (PBI)” // Journal of New Materials for Electrochemical Systems, vol. 3, pp. 343-347, 2000.

23. И.И. Пономарев, А.Е. Чалых, А.Д. Алиев, В.К. Герасимов, Д.Ю. Разоренов, В.И. Cтадничук, Ив.И. Пономарев, Ю.А. Волкова, А.Р. Хохлов «Дизайн мембранно-электродного блока топливного элемента на полибензимидазольной мембране» // Доклады Академии Наук, 2009, том 429, № 3, с. 350-354.

24. M. Cavarroc, A. Ennadjaoui, M. Mougenot, P. Brault, R. Escalier, Y. Tessier, J. Durand, S. Roualdis, T. Sauvage, C. Coutanceau “Performance of plasma sputtered fuel cell electrodes with ultra-low Pt loadings” // Electrochemistry Communications 11 (2009) 859-861.

25. А.А. Федотов, CA. Григорьев, Е.К. Лютикова, В.Н. Фатеев “Плазмохимические методы синтеза электрокатализаторов” // Шорник тезисов Российского конгресса по катализу “РОСКАТАЛИЗ” (Москва, Россия, 3-7 октября 2011 г.), т.1, стр. 108.

26. S.A. Grigoriev, P. Millet, S.A. Volobuev, V.N. Fateev “Optimization of porous current collectors for PEM water electrolysers” // International Journal of Hydrogen Energy, June 2009, vol. 34, issue 11, pp. 4968-4973.

27. Tawfika H., Hunga Y., Mahajan D. «Metal bipolar plates for PEM fuel cell-A review» // Journal of Power Sources 163 (2007) 755-767.

28. Dihrab S.S., Sopian K., Alghoul M.A., Sulaiman M.Y. «Review of the membrane and bipolar plates materials for conventional and unitized regenerative fuel cells» // Renewable and Sustainable Energy Reviews 13 (2009) 1663-1668.

29. Nie J., Chen Y., Cohen S., Carter B.D., Boehm R.F. «Numerical and experimental study of threedimensional fluid flow in the bipolar plate of a PEM electrolysis cell» // International Journal of Thermal Sciences 48 (2009) 1914-1922.

30. Li X., Sabir I. «Review of bipolar plates in PEM fuel cells: Flow-field designs» // International Journal of Hydrogen Energy 30 (2005) 359 — 371.

31. S.A. Grigoriev, S. Martemianov, V.N. Fateev “Electrodiffusion diagnostics of flow regimes in PEM fuel cells” // Magnetohydrodynamics, 2003, vol. 39, No 4, pp. 479-485.

32. С.А. Григорьев, В.И. Порембский, В.Н. Фатеев, Р.О. Cамсонов, С.И. Козлов “Получение водорода электролизом воды — современное состояние, проблемы и перспективы”// Транспорт на альтернативном топливе, № 3, 2008, стр. 62-69.

33. http://www.fuelcellcarnews.com

34. F. Barbir “PEM fuel cells: theory and practice” / Elsevier Academic Press, 2005, pp. 382-391.

35. И.А. Баранов, С.В. Коробцев, В.И. Порембский, В.Н. Фатеев “Перспективы использования твердополимерных топливных элементов в авиации” // Сборник тезисов III Международной научно-технической конференции «Авиадвигатели XXI века» 30.11.10 — 3.12.10, Москва, ЦИАМ, стр. 427-428.

36. Grubb Jr W.T. General Electric Company, Fuel cell, US Patent no 2,913,511; November 17th, 1959.

37. http://www.plugpower.com

38. http://www.ballard.com

39. Davenport R.J., Schubert F.H. «Space water electrolysis: space station through advanced missions» // Journal Power Sources. — 1991. — V. 36. pp. 235-250.

40. Grigoriev S.A., Millet P., Fateev V.N. «Evaluation of carbon-supported Pt and Pd nanoparticles for the hydrogen evolution reaction in PEM water electrolysers» // Journal of Power Sources, vol. 177, issue 2, March 2008, pp. 281-285.

41. http://www.hamiltonsundstrand.com

42. http://www.hydrogenics.com

43. http://www.teledyne.com

44. http://www.protononsite.com

45. http://www.nel-hydrogen.com

46. http://www.ceth.fr

47. http://www.h-tec.com

48. F.M. Sapountzi, S.C. Divane, E.I. Papaioannou, S. Souentie, C.G. Vayenas “The role of Nafion content in sputtered IrO2 based anodes for low temperature PEM water electrolysis” // Journal of Electroanalytical Chemistry, Volume 662, Issue 1, 1 November 2011, pp. 116-122.

49. P. Medina, M. Santarelli “Analysis of water transport in a high pressure PEM electrolyzer” // International Journal of Hydrogen Energy 35 (2010) 5173-5186.

50. S. Siracusano, V. Baglio, A. Di Blasi, N. Briguglio, A. Stassi, R. Ornelas, E. Trifoni, V. Antonucci, A.S. Arico “Electrochemical characterization of single cell and short stack PEM electrolyzers based on a nanosized IrO2 anode electrocatalyst” // International Journal of Hydrogen Energy 35 (2010) 5558-5568.

51. M. Yamaguchi, T. Shinohara, H. Honiguchi, H. Nakanori, K. Okisawa “Development of 2500 cm2 FiveCell Stack Water Electrolyzer in WE-NET” // In: Environmental Aspects of Electrochemical Technology, Electrochemical Society Proceedings, vol. 99-39, edited by Eric J. Rudd, Clifford W. Walton, The Electrochemical Society, 2000, pp. 131-142.

52. Strobel R., Oszcipok M., Fasil M. The compression of hydrogen in an electrochemical cell based on a PEM fuel cell design. J Power Sources 2002; 105: 208-215.

53. А.В. Козолий, В.И. Костин. «Влияние давления на процесс электролиза воды с деполяризацией анода сернистым ангидридом» // Электрохимическая энергетика. 2010. Т. 10, № 1. C. 34-37.

54. Grigoriev S.A., Porembsky V.I., Fateev V.N. «Pure hydrogen production by PEM electrolysis for hydrogen energy» // International Journal of Hydrogen Energy, 2006, vol. 31, issue 2, pp. 171-175.

55. A. Kraft, M. Stadelmann, M. Wunsche, M. Blaschke Electrochemical ozone production using diamond anodes and a solid polymer electrolyte // Electrochemistry Communications 8 (2006) 883-886.

56. A.A. Babak, R. Amadelli, A. de Batisti and V.N. Fateev «Influence of anions on oxygen/ozone evolution on PbO2/SPE and PbO2/Ti electrodes in neutral pH media» // Electrochimica Acta. Vol. 39, No. 11/12, pp. 1597-1602, 1994.

57. С.В. Акелькина, А.Б. Величенко, Д.В. Гиренко, Фатеев В.Н. «Влияние модифицирования PbO2 на образование кислорода и озона в системе с твердым полимерным электролитом» // Электpохимия, 1998, т. 34, № 8, с. 904-907.

58. Озон против CПИДа // «Медицина и Здоровье» 2011 стр. 9-11.

59. Изотопы: свойства, получение, применение. Под. ред. Баранова В.Ю. М.: Физматлит, 2005, Том 1, стр. 286.

60. Ivanchuk O.M., Goryanina V.G., Rozenkevich M.B. “Isotopic effects of hydrogen during the decomposition of water in electrolysis with a solid polymer electrolyte” // Atomic Energy, Volume 89, No. 3, 2000, 745-749.

61. Bone J.S., Gilman S., Niedrach L.W. and Read M.D., in: Proceedings of the Annual Power Source Conf. 14 (1961) p. 47.

62. Chludzinski P.J., Danzig I.F., Fickett A.P., and Craft D.W., «Regenerative fuel cell development for satellite secondary power,» General Electric Company, Technical Report AFAPL-TR-73-34, June 1973.

63. Mitlitsky F., Myers B., Weisberg A.H., Molter T.M., Smith W.F. “Reversible (unitised) PEM fuel cell devices” // Fuel Cells Bulletin, Volume 2, Issue 11, August 1999, pp. 6-11.

64. “Funding, demo for regenerative fuel cell”// Fuel Cells Bulletin, November 2004, pp. 7-8.

65. “Contracts for Proton regenerative fuel cells” // Fuel Cells Bulletin, December 2004, p. 10.

66. S.A. Grigoriev, P. Millet, K.A. Dzhus, H. Middleton, T.O. Saetre, V.N. Fateev “Design and characterization of bi-functional electrocatalytic layers for application in PEM unitized regenerative fuel cells” // International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 35, Issue 10, May 2010, pp. 5070-5076.

67. S.A. Grigoriev, P. Millet, V.I. Porembsky, V.N. Fateev “Development and preliminary testing of a unitized regenerative fuel cell based on PEM Applied Electrochemistry, 1992, Vol. 22, Number 12, pp. 1167-1174.

68. Pandey R.N. “Catalytic conversion of methane to hythane” // Fuel and Energy Abstracts, Volume 38, Issue 2, March 1997, p. 86.

69. S.A. Grigoriev, I.G. Shtatniy, P. Millet, V.I. Porembsky, V.N. Fateev “Description and characterization of an electrochemical hydrogen compressor/concentrator based on solid polymer electrolyte technology” // International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 36, Issue 6, March 2011, pp. 4148-4155.

70. S.A. Grigoriev, P. Millet, V.I. Porembsky, V.N. Fateev “Development and preliminary testing of a unitized regenerative fuel cell based on PEM technology” // International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 36, Issue 6, March 2011, pp. 4164-4168.

71. С.А. Григорьев “Обратимые электрохимические системы с твердым полимерным электролитом” // Электрохимическая энергетика, 2009, Т. 9, № 3, стр. 128-137.

72. Wong T.Y.H., Girard F. and Vanderhoek T.P.K. Electrochemical SPEFC hydrogen compressor Patent technology” // International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 36, Issue 6, March 2011, pp. 4164-4168.

73. Mitlitsky F., Myers B., Weisberg A.H. “Regenerative Fuel Cell Systems” // Energy & Fuels, Vol. 12, No. 1, 1998, pp. 56-71.

74. Ahn J., Holze R. Bifunctional electrodes for an integrated water-electrolysis and hydrogen-oxygen fuel cell with a solid polymer electrolyte // Journal of WO/2003/075379, 12 September 2003, Applicant: National Research Council of Canada.

75. А.С. Григорьев, С.А. Григорьев, Д.В. Павлов «Аккумулирование энергии с использованием электролизёров и топливных элементов в установках на основе возобновляемых источников энергии» // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология», № 11 (115), 2012, стр. 55-64.

76. С.А. Григорьев, Н.В. Коровин, Н.В. Кулешов, Ю.А. Славнов «Исследование высокотемпературного топливного элемента с твердополимерным электролитом и определение эффективности работы энергоустановки на его основе» // Электрохимическая энергетика, 2013, т. 13, № 3, стр. 163-169.

77. N. Mbemba Kiele, C. Herrero, A. Ranjbari, A. Aukauloo, S.A. Grigoriev, A. Villagra, P. Millet “Ruthenium-based molecular compounds for oxygen evolution in acidic media” // International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 38, Issue 20, July 2013, pp. 8590-8596.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

границ | Обзор композитных электролитов на полимерной основе для литиевых аккумуляторов

Введение

С того момента, как в 1991 году корпорация SONY начала коммерциализацию литий-ионных аккумуляторов, литий-ионные аккумуляторы получили широкое распространение и доминировали во многих различных областях, таких как электромобили, портативные устройства (Scrosati and Garche, 2010; Verma et al. ., 2010; Мантирам и др., 2017). Хотя литий-ионные батареи имеют много преимуществ, таких как высокая плотность энергии и длительный срок службы, потенциальные проблемы безопасности и насыщенная высокая плотность энергии стали узкими местами, которые препятствуют дальнейшему развитию.

Современные коммерческие литий-ионные батареи используют жидкие органические электролиты, которые имеют значительные преимущества высокой проводимости и отличной смачиваемости поверхности электродов. Однако очевидными и неизбежными недостатками жидких электролитов являются электрохимическая нестабильность и потенциальные риски, а также низкая ионная селективность. По сравнению с жидкими электролитами твердые электролиты обладают более высокой безопасностью и термической стабильностью, поскольку они могут обеспечить физический барьерный слой для разделения положительного и отрицательного электродов и предотвратить термический выход из строя при высокой температуре или ударе.Кроме того, твердый электролит позволяет использовать металлический литий-анод благодаря эффективному подавлению образования литиевых дендритов. Несмотря на значительные преимущества, некоторые недостатки, такие как низкая ионная проводимость и недостаточный контакт на границе раздела, еще предстоит устранить. Проводится множество исследований, направленных на преодоление недостатков и разработку твердотельных литиевых батарей нового поколения (Tang et al., 2007; Zhao et al., 2012; Liu et al., 2013; Zhang Q. Q. et al., 2017). Чтобы соответствовать коммерческим требованиям, высокая ионная проводимость, благоприятные механические свойства и выдающаяся межфазная стабильность с электродами являются наиболее фундаментальными требованиями к твердым электролитам (Fergus, 2010).

Неорганический твердый электролит (ISE), твердый полимерный электролит (SPE) и составной электролит (CSE) широко изучаются в литий-ионных батареях. Оксидная группа и сульфидная группа — два типа, широко используемые в ISE. Некоторые из них [такие как Li 10 GeP 2 S 12 (Kamaya et al., 2011)] обладают высокой проводимостью, эквивалентной проводимости органических жидких электролитов, но возникают проблемы высокой сложности обработки, высокой стоимость, а большой импеданс интерфейса ограничивает его широкое применение (Кнаут, 2009; Фергус, 2010).ТФЭ обладают не только отличными электрохимическими характеристиками и высокой безопасностью, но также хорошей гибкостью и технологичностью, что открывает широкие возможности для использования в высокоэнергетических батареях следующего поколения (Диас и др., 2000; Стефан и Нахм, 2006; Ярмоленко). и др., 2018). В то же время он позволяет избежать опасности роста дендритов металлического лития (Meyer, 1998; Agrawal and Pandey, 2008; Tikekar et al., 2016). ТФЭ, включая полиэтиленоксид (ПЭО) (Farrington and Briant, 1979; Watanabe et al., 1999; Siqueira and Ribeiro, 2006), поликарбонат (Forsyth et al., 1997; Сан и др., 2014; Liu et al., 2015) и полисилоксан (Sun et al., 1996; Fonseca and Neves, 2002). Однако ионная проводимость и механическая прочность ТФЭ все еще не идеальны, что является основным препятствием на пути их широкого применения (Chen et al., 2016).

Для улучшения системы полимерного электролита применяются различные методы. Как правило, их можно разделить на два подхода: (1) координация полимер/полимер и (2) композитный полимерный электролит.

Сополимеризация, сшивание, взаимопроникновение и смешивание широко используются для координации полимер/полимер; однако это не приводит к существенному повышению механических свойств электролита. Различные композиты были смешаны с полимерами, как показано на рис. , 2017; Ling et al., 2018), соли лития (Do et al., 1996), ионная жидкость (Subianto et al., 2009) и др. Благодаря синергетическому эффекту полимера и неорганического наполнителя можно значительно улучшить проводимость при комнатной температуре и механическую прочность композитного полимерного электролита, а также стабильность поверхности раздела с электродом. В моей группе сообщалось об аналогичных синергетических эффектах на композитный электролит в композите неорганических наполнителей с мембраной Nafion для прямого применения метанольных топливных элементов (Cui et al., 2015, 2018), соответствующий механизм аналогичен композитному электролиту с органическими наполнителями.Используемые полимерные матрицы и свойства для ТФЭ приведены в таблице 1.

Рисунок 1 . Категории существующих композиционных твердых электролитов на полимерной основе.

Таблица 1 . Обычная полимерная матрица.

Твердые полимерные электролиты (ТФЭ) в настоящее время имеют большие перспективы применения в производстве литиевых батарей, многочисленные исследователи также прилагают большие усилия для разработки инновационных ТФЭ, и их успешное применение будет играть ключевую роль в разработке литиевых аккумуляторов с превосходными характеристиками.На рисунке 2 показано, что количество опубликованных научно-технических статей о твердом электролите на полимерной основе за 19-летний период с 2000 по 2018 год. Тенденция показывает неуклонный рост с примерно 750 в 2000 году до наибольшей отметки около 2400 в 2017 году. С 2010 года количество работ в этой области стабильно превышает 2000, что говорит о том, что твердый электролит на полимерной основе будет иметь отличные перспективы применения. В большом количестве обзоров обобщена история исследований и разработок полимерных электролитов (Qiu et al., 2004; Донг и Ван, 2005 г.; Шривастава и Тивари, 2009 г.; Фергус, 2010 г.; Лю и др., 2013; Осада и др., 2016; Чжан К. К. и др., 2017). Однако обзоров по твердым электролитам на полимерной основе относительно немного.

Рисунок 2 . Количество опубликованных научных статей по твердому электролиту на основе полимеров за 19 лет с 2000 по 2019 год.

В этой обзорной статье освещаются недавние исследования ТФЭ для твердотельных литий-ионных аккумуляторов, в частности о влиянии состава с различными наполнителями.В этом обзоре композитные электролиты на основе полимеров, включая полимер/инертную керамику, полимер/проводящие быстрые ионы, полимер/ионную жидкость, полимер/MOF и композитные электролиты полимер/целлюлоза. Кроме того, будет представлена ​​перспектива будущего направления исследований по разработке безопасных, стабильных и высокоплотных композитных полимерных электролитов для твердотельных аккумуляторов.

Ионная проводимость и интерфейс

Механизм ионной проводимости

Для разработки ТФЭ с высокой проводимостью по ионам лития полимер должен не только растворять соль лития, но и быть способен соединяться с ионами лития.Полярные группы в полимере (-O-, -S- и т. д.) являются эффективными строительными блоками для растворения солей лития. Большая часть исследований всех ТФЭ сосредоточена на полиэтиленоксиде (ПЭО) и его производных. Неподеленная пара атомов кислорода на сегменте ПЭО координируется с ионом лития за счет кулоновского взаимодействия, вызывая диссоциацию аниона и катиона литиевой соли. В процессе ПЭО действует как растворитель, а литиевая соль растворяется в матрице ПЭО. В дополнение к атому кислорода (-O-) в цепи ПЭО аналогичную роль играют и другие атомы, такие как азот в имиде (-NH-) и сера в тиоле (-S-).Под действием электрического поля миграционные движения катионов Li + осуществляются от одной координационной точки к другой вдоль сегмента полимера или перескакивают с одного сегмента на другой. Механизм ионного транспорта полимерных электролитов, таких как ПЭО, показан на рисунке 3 (Xu, 2004).

Рисунок 3 . Принципиальная схема механизма литий-ионной проводимости полимерного электролита на основе ПЭО. [Воспроизведение с разрешения Сюй (2004 г.), Copyright 2004 г., Американское химическое общество].

В композитной системе полимер-соль лития ионы не могут свободно перемещаться из-за огромного размера полимерной цепи плюс граничного эффекта кристаллических доменов. Факторами, влияющими на ионную проводимость, являются количество ионов лития и подвижность полимерной цепи. Количество ионов, которые могут мигрировать, зависит от способности полимера диссоциировать литиевую соль, и, таким образом, литиевая соль с низкой энергией решетки и полимер с высокой диэлектрической проницаемостью могут способствовать этой диссоциации (Young et al., 2014). В стационарных условиях ионная проводимость может быть выражена следующим уравнением (Wei-Min, 2012):

σ=F ∑niqiµi    (1)

Здесь F – постоянная Фарадея; n i представляет количество свободных ионов; q i представляет количество зарядов, а μ i — подвижность. Следовательно, можно видеть, что в полимерном электролите увеличение концентрации подвижных ионов и скорости миграции ионов может увеличить проводимость ионов.

В ТФЭ наиболее часто используемая теория для объяснения миграции ионов в полимерах включает теорию Аррениуса, теорию Фогеля-Таммана-Фулхера (VTF), теорию Вильяма-Ландела-Ферри (WLF) и комбинации вышеуказанных теорий (Ratner et al. и др., 2000; Куартароне и Мустарелли, 2011).

Классическая теория Аррениуса объясняет температурную зависимость миграции ионов, вызванную движением сегментов полимера, выраженную как (Zhang Q. Q. et al., 2017):

σ=σ0exp(-EaKT)    (2)

Здесь E a представляет собой энергию активации для миграции отдельных молекул или групп ионов, σ 0 представляет собой предэкспоненциальный фактор, а T представляет собой термодинамическую температуру.

Как правило, скачкообразное движение ионов и релаксация полимерной цепи и/или движение сегментов вместе влияют на проводимость, поэтому кривая зависимости от 1/T обычно нелинейна (Agrawal and Pandey, 2008). Типичное значение lg-1/T в полимерах обычно основано на уравнении T g , поэтому VTF в основном описывает взаимосвязь между проводимостью полимерного электролита и температурой (Zhang Q. Q. et al., 2017):

σ=σ0T-12exp(-BT-T0)    (3)

Здесь σ 0 — предэкспоненциальный фактор, B — фактор действия с размерностью в качестве размерности энергии, а T 0 — эталонная температура, которая может быть выражена в T g , обычно на 10–50 К ниже экспериментальной температуры стеклования.При комнатной температуре, если учитывать только влияние полимерного сегмента на проводимость, низкая температура стеклования может сыграть положительную роль в улучшении проводимости.

На основе изучения солевых комплексов ПЭО и ПФО ионная проводимость может быть связана с частотой и температурой с помощью уравнения Вильяма-Ланделя-Ферри (ВЛФ), учитывающего процесс релаксации движения молекулярных цепей полимера в аморфной системе. Выражение:

lgσ(T)σ(Tg)=C1(T-Tg)C2+(T-Tg)    (4)

Здесь σ( T g ) – проводимость соответствующих ионов при температуре стеклования уравнение миграции ионов в свободном объеме соответственно.

T г является одним из наиболее важных параметров полимерного электролита. Проводимость очень низкая при температуре ниже Тл г , и она, очевидно, улучшится выше Тл г . Следовательно, уменьшение T g полезно для улучшения проводимости.

Приведенные выше три теории хорошо объясняют механизм проводимости электролита на основе ПЭО.Аморфная фаза полимера в основном эффективна для миграции ионов. Теория также может быть применена к другим полимерным электролитам.

Интерфейс

В твердой литий-металлической батарее катод обычно представляет собой LiFePO 4 или LiCoO 2 . Металлический литий используется в качестве отрицательного электрода. Для интерфейса катод/электролит требуется твердый электролит с превосходной гибкостью для обеспечения низкого сопротивления интерфейса, в то время как для интерфейса анод/электролит требуется сильный твердый электролит, чтобы противостоять проколу дендритов металлического лития (Camacho-Forero and Balbuena, 2018; Wang L.П. и др., 2018; Чжан и др., 2018). Хорошая гибкость ТФЭ делает возможным более низкое межфазное сопротивление, но низкие механические свойства трудно выдерживают прокол дендритов металлического лития. Напротив, жесткий неорганический керамический электролит может выдерживать дендриты металлического лития, но имеет большое межфазное сопротивление из-за недостаточного контакта с электродами (Xu et al., 2018). Таким образом, гибкий полимерный электролит или жесткий неорганический керамический электролит трудно использовать отдельно в цельнометаллической литиевой батарее.Чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами полимерного и неорганического керамического электролита, полимерно-композитный неорганический керамический электролит предлагает вариант. Ожидается, что полученная цельнометаллическая литиевая батарея будет иметь как низкое поверхностное сопротивление, так и способность ингибировать образование литиевых дендритов. Кроме того, электрохимическая нестабильность интерфейса легко приводит к возникновению побочных реакций и, таким образом, покрытие электродов образует интерфейс твердого электролита (SEI), что может привести к сокращению срока службы элемента (Xu et al., 2018).

Твердые полимерные электролиты

с инертной керамикой

окиси

В последние годы было проведено множество исследований по внедрению частиц инертной оксидной керамики в полимерный электролит с целью улучшения механических свойств, снижения кристалличности полимера и, таким образом, решения проблемы низкой ионной проводимости ТФЭ. В полимер были включены различные типы инертной керамики, такие как SiO 2 (Nan et al., 2003; Ketabi and Lian, 2013), Al 2 O 3 (Weston and Steele, 1982; Capuano et al. др., 1991; Тамбелли и др., 2002 г.; Liang et al., 2015), TiO 2 (Pal and Ghosh, 2018), цеолит и др. Ионная проводимость твердого полимерного композиционного электролита, содержащего инертный керамический наполнитель, представлена ​​в табл. 2. В 1982 г. Weston and Steele (1982 г.) ) смешанный ПЭО с Al 2 O 3 для образования композита. Впервые было доказано, что ПЭО, легированный частицами инертного материала, демонстрирует улучшение механических свойств и ионной проводимости. Впоследствии Капуано и соавт. (1991) исследовали влияние количества легирования и размера частиц порошка LiAlO 2 на проводимость твердого электролита.Было обнаружено, что проводимость достигает наибольшего значения, когда количество легирования LiAlO 2 составляет около 10 мас.%. Также стоит отметить, что размер частиц инертного керамического материала влияет на проводимость ТФЭ, которая увеличивается с размером частиц, поскольку размер <10 мкм. Тамбелли и др. (2002) сообщили, что Al 2 O 3 может эффективно снижать кристалличность и температуру стеклования ПЭО. Это подтверждает, что снижение кристалличности полимера способствует улучшению ионной проводимости.Снижение кристалличности может увеличить количество свободных сегментов полимера и ускорить движение сегментов, что может эффективно способствовать миграции ионов лития. Аналогичные результаты были получены для композитных электролитов ПЭО-ПММА-LiTFSI-Al 2 O 3 . Они были приготовлены на основе ПЭО-ПММА в качестве основной матрицы и нано Al 2 O 3 в качестве наполнителя методом литья из раствора (Liang et al., 2015). Композитные электролиты, легированные Al 2 O 3 , продемонстрировали улучшение ионной проводимости с 6.от 71 × 10 −7 до 9,39 × 10 −7 См/см.

Таблица 2 . Краткое описание инертных оксидных керамических/полимерных твердых электролитов.

SiO 2 также является распространенным инертным керамическим наполнителем, используемым при подготовке ТФЭ. Ли и др. сообщили о композите из матрицы PEO и наполнителей SiO 2 , содержащих этиленкарбонат (EC)/пропиленкарбонат (PC). Композит имел ионную проводимость 2×10 -4 См/см при температуре окружающей среды (Nan et al., 2003) с загрузкой наполнителя 2,5 мас.%. В дополнение к порошку SiO 2 также разработан в виде трехмерного каркаса, легированного в полимер. Лин и др. (2018) подготовили композит аэрогеля ПЭО-кремнезем, который показал высокую ионную проводимость 6 × 10 -4 См/см и высокий модуль 0,43 ГПа. Это исследование эффективно решает проблему плохих механических свойств и ионной проводимости композита за счет контроля дисперсии порошка. Каркас аэрогеля SiO 2 имеет хорошую кислую поверхность.Он может интенсивно взаимодействовать с катионами лития и образовывать непрерывный канал в композитном материале, способствующий диссоциации солей и улучшению ионной проводимости. Ионные пары трудно сформировать из-за сильного кислотно-основного взаимодействия Льюиса легированного TiO 2 и аниона литиевой соли, что приводит к более подвижным носителям заряда (Pal and Ghosh, 2018). Кроче и др. (1998) исследовали твердый полимерный электрод, состоящий из наноразмерных частиц TiO 2 , ПЭО и LiClO 4 .Этот гибрид обладает более высокой ионной проводимостью 10 -5 См/см. Пал и его коллеги изготовили ТФЭ, состоящие из ПММА, LiClO 4 и TiO 2 , с помощью стандартной технологии литья из раствора (Pal and Ghosh, 2018). Результаты показали, что добавление наноразмерного TiO 2 к полимерным электролитам также может улучшить термическую стабильность. Электропроводность достигала 3 · 10 -4 См/см при 303 К. При этом удельная емкость такого полимерного электролита на основе LiCoO 2 /графит при 30°С составила 30 мАч/г при комнатной температуре в двенадцатом цикле.Кроме того, в ходе некоторых исследований в полимер были включены различные неорганические керамические материалы, а также была улучшена ионная проводимость. Например, наноразмерный SiO 2 и нанопористый Al 2 O 3 были объединены с ПВДФ-ГФП для получения композиционных электролитов, обеспечивающих умеренную проводимость 10 -3 См/см с 2,5 мас.% наполнителей ( Аравиндан и Викраман, 2008).

Лю и др. (2016) разработали и изготовили ТФЭ, содержащую наночастицы Y 2 O 3 , наполнители нанопроволоки ZrO 2 и ПАН методом электроформования (рис. 4А).Y 2 O 3 -стабилизированные нанопроволоки ZrO 2 (YSZ) в ПАН имеют много положительно заряженных кислородных вакансий с характером кислоты Льюиса, которые могут притягивать анион литиевой соли и тем самым способствовать диссоциации солей. Добавление наночастиц YSZ или нанопроволок YSZ имеет другую степень улучшения ионной проводимости по сравнению с отсутствием YSZ. Эффект улучшения нанопроволок YSZ лучше, и 7YSZ (7 мольных % Y 2 O 3 легированных нанопроволок ZrO 2 ) имел высокую ионную проводимость при комнатной температуре, равную 1.07 × 10 -5 См/см при 30 °C с усилением на два порядка по сравнению с исходным электролитом PAN (рис. 4B). Недавно Тао и соавт. (Sheng et al., 2018) включили нанопроволоки Mg 2 B 2 O 5 в твердый электролит на основе PEO-LiTFSI. Композитные электролиты обладают хорошими механическими свойствами, выдающейся электрохимической стабильностью и ионной проводимостью благодаря быстрому движению ионов на поверхности Mg 2 B 2 O 5 и взаимодействиям между Mg 2 B 2 O 5 и TFSI (рис. 4C).Кроме того, сообщается, что другие инертные оксидные керамики улучшают характеристики ТФЭ, такие как LiAlO 2 (Gang et al., 1992; Hu et al., 2007), ZnO (Xiong et al., 2006), Fe 3 O 4 (Reddy et al., 2006) и BaTiO 3 (Itoh et al., 2003a,b).

Рис. 4. (A) Транспорт Li-иона в композитных полимерных электролитах с наночастицами Y 2 O 3 и нанопроволоками ZrO 2 . [Воспроизведение с разрешения Liu et al.(2016) Copyright © 2016, Американское химическое общество] (B) Взаимосвязь между уровнем легирования Y и проводимостью вместе с проводимостью объема YSZ [Воспроизведение с разрешения Liu et al. (2016) Copyright © 2016, Американское химическое общество] (C) Схема миграции ионов лития в Mg 2 B 2 O 5 улучшенные композитные SSE. [Воспроизведение с разрешения Sheng et al. (2018) Copyright © 2018, Американское химическое общество].

Твердые полимерные электролиты с керамикой, проводящей быстрые ионы

Керамические проводники для быстрых ионов, также известные как активные неорганические электролиты, обладают высокой ионной проводимостью до 10 −2 См/см при 25°C. Четыре структуры проводников быстрых ионов показаны на рис. 5.

Рисунок 5 . Структуры различных типов проводников быстрых ионов (A) Каркас из керамики гранатового типа [Воспроизведение с разрешения O’Callaghan et al.(2008) Copyright © 2008, Американское химическое общество] (B) Кристаллическая структура керамики типа перовскита. [Воспроизведение с разрешения Stramare et al. (2003) Copyright © 2003, Американское химическое общество] (C) Кристаллическая структура керамики типа NASICON. [Воспроизведение с разрешения Perez-Estebanez et al. (2014) Copyright © 2015, Королевское химическое общество] (D) Кристаллическая структура керамики сульфидного типа. [Воспроизведение с разрешения Kamaya et al.(2011) Copyright © 2011, природа].

Однако плохой межфазный контакт ограничивает их прямое использование в качестве твердых электролитов. Таким образом, композит керамики с проводником быстрых ионов с полимером может в полной мере использовать преимущества обеих частей. Быстрые ионные проводники обычно имеют керамику типа граната, типа НАСИКОН и типа ЛИСИКОН и т. д. В таблице 3 приведены сводные данные по проводящей быстрые ионы керамике/полимерным твердым электролитам.

Таблица 3 . Резюме по керамическим и полимерным твердым электролитам, проводящим быстрые ионы.

Композитные полимерные электролиты гранатового типа

С момента первого обнаружения Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZO) в 2007 г. в последние годы большой интерес вызывает литиевый твердотельный электролит гранатового типа. Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZO), литиевый твердотельный электролит гранатового типа, привлек большое внимание с момента первого сообщения о нем в 2007 г. (Xie H. et al., 2018) . Li 5 La 3 M 2 O 12 (M = Nb, Ta) является первым зарегистрированным литий-ионным проводником со структурой граната (рис. 5A; Thangadurai et al., 2003; О’Каллаган и др., 2008). Традиционная химическая формула граната: A 3 B 2 (XO 4 ) 3 (A = Ca, Mg, Y, La или редкоземельные элементы; B = Al, Fe, Ga, Ge, Mn). , Ni или V). Литий-твердый электролит гранатового типа обладает высокой ионной проводимостью и широким электрохимическим окном (Wu et al., 2017). При комнатной температуре ионная проводимость Li 5 La 3 M 2 O 12 (M = Nb, Ta) достигает 10 −3 См/см и проявляет выдающуюся химическую стабильность в широком диапазоне температур. .Однако, когда полностью твердотельная батарея собрана с использованием керамики типа граната, граница раздела электрод/электролит всегда имеет плохую проводимость, что приводит к ухудшению характеристик батареи, а также к увеличению сопротивления границы раздела и снижению ионной проводимости (Chen et al., 2018). Композитные электролиты полимер/гранат позволяют улучшить общие электрохимические характеристики.

Обладая большой удельной поверхностью, наноразмерные гранатовые керамические наполнители улучшают скорость перехода ионов (Kumar and Scanlon, 2000).Композитный электролит на основе ПЭО, содержащий 52,5 мас. % частиц Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZO), обладает проводимостью, достигающей 4,42 × 10 −4 См/см при 55 °С. (Токхом и др., 2008). Li 6,75 La 3 Zr 1,75 Ta 0,25 O 12 (LLZTO) выбран в качестве активного наполнителя и диспергирован в матрице PVDF для изготовления гибридных электролитов PVDF2/LLZTO (Zhang X. al. al. X. ). Гибридный электролит с 10 мас.% загрузки LLZTO показали самую высокую ионную проводимость (5 × 10 -4 См/см), что примерно в семь раз больше, чем отсутствие LLZTO. Это связано с тем, что частицы LLZTO реагируют с Li + посредством кислотно-щелочного взаимодействия. Диссоциация соли лития повысит плотность носителей проводимости. Кроме того, гранатовый керамический наполнитель способствует снижению кристалличности полимера и, таким образом, увеличению ионной проводимости. Вместо того, чтобы просто смешивать активные керамические частицы с полимерами, Goodenough et al.(Chen et al., 2018) представили новый подход композитного полимера в керамике.

Как следствие, были достигнуты высокая ионная проводимость (10 −4 См/см при 55°C) и электрохимическое окно 0–5,0 В. Как и в полностью твердотельных элементах Li/LiFePO 4 , как «керамика в полимере», так и «полимер в керамике» с солью LiTFSI демонстрируют замечательную циклическую стабильность. Системы «полимер-в-керамике» обеспечивают более высокую механическую прочность и безопасность, чем «керамика-в-полимере».

Морфология керамических наполнителей, таких как частицы, распределение нанопроволоки и трехмерный каркас, могут влиять на ионную проводимость полимерных композитных электролитов. В отличие от частиц и случайных нанопроволок, выровненные нанопроволоки в сочетании с полимерами могут обеспечить непрерывный транспорт для Li + (рис. 6). Куи и др. (Liu et al., 2017) сравнивает различные морфологии LLZO, чтобы оценить их преимущества для ионного транспорта. Они обнаружили, что композитный полимерный электролит с хорошо выровненными неорганическими нанопроволоками (LLZO) показывает ионную проводимость 6.05 × 10 −5 См/см при 30 °С, что почти на порядок больше, чем у композита со случайно ориентированными нанопроволоками или наночастицами. Заметное улучшение проводимости связано с миграцией Li + без пересечения контактов на поверхности нанопроволоки.

Рисунок 6 . Схема механизма проводимости в трех видах морфологии твердых полимерных электролитов. (A) Путь переноса ионов в чистых полимерных электролитах. (B–D) Ионный транспортный путь в композитных электролитах на полимерной основе с наночастицами (B) , случайными нанопроволоками (C) и ориентированными нанопроволоками (D) .

В дополнение к одномерным нанопроволокам (Bae et al., 2018) приготовлены трехмерные керамические сети Li 6,28 La 3 Zr 2 Al 0,24 O 12 для получения полимерного раствора и смешивания их с полимерным раствором. твердый электролит. Предполагается, что разработанная структура обладает высокой электропроводностью (8,5·10 -5 См/см при 25°С) и хорошей межфазной совместимостью с электродами. Интегрированная структура трехмерной структуры LLZO обеспечивает непрерывную трехмерную сеть проводящих путей, что приводит к значительному улучшению ионной проводимости и механических свойств.Аналогичным образом был приготовлен 3D-композит из сетки нановолокна граната и полимера (Fu et al., 2016). При таком подходе пористая структура LLZO, состоящая из случайно распределенных и соединенных между собой нановолокон, образует непрерывную транспортную сеть для Li + . Затем полимер LiTFSI-PEO заполняют пористые керамические сети 3D LLZO, образуя композитные пленки 3D гранат-полимер. Затем полимер LiTFSI-PEO и пористую 3D-неорганическую структуру объединяют для синтеза композитной мембраны 3D LLZO-полимер, которая демонстрирует высокую ионную проводимость 2.5 × 10 −4 См/см при 25°С. Трехмерная транспортная сеть ионов предлагает новый вариант проектирования композитных электролитов.

Композитные полимерные электролиты перовскитного типа

Твердые электролиты перовскитного типа Li 3x La 2/3−x TiO 3 (LLTO) имеет кубическую структуру с пространственной группой P4/mmm и C-mmm (рис. 5B; Stramare et al., 2003). ). LLTO хорошо известен своей стабильностью при высоких напряжениях. Однако условия его приготовления очень строгие, а ионная проводимость также низкая.Недавно полимер-керамический композиционный электролит ПЭО/LiClO 4 был исследован композитным ПЭО с нанопроволоками Li 0,33 La 0,557 TiO 3 . Он показал экстремальную литий-ионную проводимость 2,4 × 10 -4 См/см при 25°C (Zhu et al., 2018). Куи и др. (Liu et al., 2015) изучали влияние двух различных морфологических материалов LLTO на ионную проводимость полимерных электролитов, которые представляют собой наноразмерные частицы и нанопроволоки LLTO соответственно (рис. 7).Введение нанопроволоки LLTO в ПАН позволило достичь более высокой ионной проводимости 2,4 × 10 -4 См/см при комнатной температуре по сравнению с исходной пленкой ПАН. Композитный электролит предлагает трехмерную литий-ионную сеть передачи на большие расстояния, которая снижает негативное влияние агломерации неорганической керамики в полимерах по сравнению с наночастицами. Эта работа открыла новый путь для разработки одномерных керамических материалов, проводящих быстрые ионы, в твердых электролитах для литиевых аккумуляторов.

Рисунок 7 .Схематическая иллюстрация синтеза композитных электролитов на основе полимера, наполненных керамическим нанопроволокой. [Воспроизведение с разрешения Liu et al. (2015) Copyright © 2009, Американское химическое общество].

Ионная проводимость тесно связана с содержанием керамических компонентов в композитном электролите. Как правило, чем выше содержание, тем ниже будет ионная проводимость, поскольку наноразмерные керамические наполнители агломерируются и могут блокировать перколяционную сеть вокруг границы раздела фаз.Между тем, для достижения высокой безопасности композитного электролита необходимо уменьшить долю содержания горючего органического полимера и увеличить долю огнестойкой неорганической керамики. Гуденаф и др. (Bae et al., 2018) сконструировали композитный электролит 3D-LLTO/PEO с использованием метода, полученного из гидрогеля. LLTO вводили в матрицу из гидрогеля, затем отливали из ПЭО после удаления матрицы. Эта искусственная трехмерная инфильтрационная сеть естественным образом позволяет избежать агломерации нанонаполнителей по сравнению с традиционным простым процессом диспергирования, а ее сверхвысокая удельная площадь поверхности обеспечивает непрерывную межфазную сеть в качестве канала транспорта ионов лития.Таким образом, этот композиционный электролит показал высокую ионную проводимость 8,8 × 10 -5 См см -1 при комнатной температуре.

Композитные полимерные электролиты типа NASICON

Керамика типа

NASICON (также известная как «натриевый суперионный проводник») была впервые обнаружена в 1968 году в составе NaM 2 (PO 4 ) 3 (M = Ge, Ti, Zr) (Epp et al., 2015). Сурдрин и др. впервые сообщил о твердом электролите типа NASICON LiZr 2 (PO 4 ) 3 в 1989 году.Для формулы LiM 2 (XO 4 ) 3 [M 2 (XO 4 ) 3 ] составляет базовую структуру NASICON. Октаэдр MO 6 и тетраэдр XO 4 соединены под общим углом, образуя литий-ионный канал передачи. Аоно и др. (1990) впервые сообщили о легировании трехвалентными ионами в LiTi 2 (PO 4 ) 3 и обнаружили, что ионная проводимость улучшилась. В 2014 году Перес-Эстебанес и соавт.(2014) добились высокой проводимости в Li 1+x Al x Ti 2−x (PO 4 ) 3 (LATP) 6,76 × 10 см/см 7 ат 4 60°С (рис. 5С). После этого исследования электролита типа НАСИКОН получили бурный рост из-за его высокой ионной проводимости (более 10 -3 См/см) при температуре окружающей среды и стабильности в окружающей атмосфере.

Pan group (Yang et al., 2017) Изготовлено Li 1,3 Al 0,3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 — ПЭО полимерный электролит. Удельная разрядная емкость LiFePO 4 /Li с использованием этого полимерного электролита составила 158,2 и 94,2 мА·ч/г при 0,1 и 2 °С соответственно. LATP может не только формировать пути для транспорта лития в интерфазе, что приводит к улучшению ионной проводимости, но и физически препятствовать росту литиевых дендритов. Литий-алюминий-германий-фосфат (LAGP) также является своего рода проводником быстрых ионов типа NASICON с относительно высокой ионной проводимостью (> 10 -4 См / см).Чжао и др. (2016a) аналогичным образом включили Li 1,5 Al 0,5 Ge 1,5 (PO 4 ) 3 (LAGP) типа NASICON в качестве проводников Li + в матрицу PEO. Полученный полимерный электролит имел широкое электрохимическое окно 0-5,3 В и ионную проводимость 6,76·10 -4 См/см при 60°С. Что еще более интересно, такая батарея на основе полимерного электролита LiFePO 4 /Li показала выдающуюся стабильность при циклировании (90% после 50 циклов). Юнг и др.(2015) разработали растяжимую керамически-полимерную композитную электролитную мембрану, в которой LAGP типа NASICON были включены в матрицу полимер-литиевая соль LiCLO 4 для синтеза мембраны из твердого электролита из полиэтиленоксида (рис. 8A). Композитный электролит PEO-LiCLO 4 -LAGP с содержанием LAGP 60–80 мас.% по-прежнему способен обеспечивать достаточный механический модуль и хорошие электрохимические характеристики. Li/LiFePO 4 первоначальная разрядная емкость элементов достигает 138,5 мАч/г и обеспечивает хорошее сохранение емкости.

Рис. 8. (A) Схема приготовления гибридного твердого электролита PEO-LiClO4-LAGP. [Воспроизведение с разрешения Jung et al. (2015) Copyright 2017, The Electrochemical Society.] (B) Синтез гибридного электролита 77(75Li 2 S.25P 2 S 5 ).23PFPE ( r = 0,04) механохимической реакцией . [Воспроизведение с разрешения Villaluenga et al. (2016). Copyright 2016, Национальная академия наук].

Полимерные электролиты сульфидного типа

Электролиты сульфидного типа демонстрируют высочайшую ионную проводимость величиной 10 −2 См/см при комнатной температуре (Kamaya et al., 2011). Однако они демонстрируют неустойчивость из-за реакции с водяным паром на воздухе. Керамику сульфидного типа можно разделить на три категории: стеклянную, стеклокерамическую и керамическую. Все типы ионной проводимости могут приближаться или превышать жидкий электролит. Стекло/стеклокерамика Li 2 S-P 2 S 5 и тиокерамика Li 4-x Ge 1-x P x S 4 ) являются наиболее перспективными.Li 10 GeP 2 S 12 и ПЭО были составлены для изготовления твердоэлектролитной мембраны (Zhao et al., 2016b). Электропроводность при комнатной температуре достигает 10 -5 См/см, что выше, чем у других обычных электролитов ПЭО, по крайней мере, на один порядок, а электрохимическое окно охватывает диапазон от 0 до 5,7 В. Это значительно расширяет диапазон выбора положительного электрода. материалов и обладает повышенной стабильностью к металлическому литию. Твердополимерные батареи показывают сохранение емкости, приближающееся к 92.5% после 50 циклов. Виллалуэнга и др. (2016) приготовили негорючий композиционный электролит путем полностью механохимической реакции между перфторполиэфиром с концевыми гидроксильными группами (ПФПЭ-диол), LiTFSI и 75Li 2 S·25P 2 S·25P 2 S 5 с помощью шаровой мельницы в течение 2 часов. Электролит, содержащий 77 мас. % (75Li 2 S·25P 2 S 5 ) и 23 мас. % ПФПЭ-диола/LiTFSI, имеет проводимость 10 -4 См/см при комнатной температуре (рис. 8Б).

Твердые полимерные электролиты с ионной жидкостью

Ионная жидкость (ИЖ) представляет собой расплав соли при низких температурах и обычно состоит из органических катионов и неорганических анионов (Zhao et al., 2016б). Благодаря особому состоянию ионные жидкости обладают характеристиками отсутствия давления паров, высокой электрохимической стабильностью и хорошей термической стабильностью (Armand et al., 2009). Хотя ионные жидкости обладают высокой ионной проводимостью, они не подходят для прямого использования в качестве электролитов из-за низкой вязкости. Комбинация ионной жидкости и полимера предлагает вариант твердого электролита для ионно-литиевых аккумуляторов.

Введение ИЖ в полимер приводит к повышению ионной проводимости, но обычно сопровождается снижением механической прочности, особенно при высокой температуре.Более низкая концентрация ИЖ приводит к более высокой механической прочности и более гладкой сплошной поверхности электролита, что более благоприятно для переноса ионов. Таким образом, количество ИЖ оказывает большое влияние на ионную проводимость и механические свойства. Более того, циклирование батареи при высоких температурах обычно вызывает разложение компонентов IL, что приводит к ухудшению характеристик. Это добавило еще одно требование к полимерным компонентам, чтобы сохранить высокое содержание IL.

Полимерные электролиты на основе IL

в основном подразделяются на три категории.1 – ИЖ, легированные полимером; (2) сшивки ИЖ/полимеризуемых мономеров; 3) полимерные ионные жидкости (ПИЛ). Первый – это просто добавление ИЖ в раствор полимера или введение непосредственно в полимерную пленку. Например, Субианто и др. (2009) приготовили электролит, состоящий из ИЖ, наночастиц диоксида кремния и нафиона, используя мембраны нафиона, модифицированные сульфированным полиэдрическим олигомерным силсесквиоксаном (S-POSS), пропитанные бис-(трифторметилсульфонил)имидом 1-бутил-3-метилимидазолия (BMI-BTSI). ) (рис. 9).Термическая стабильность пленок нафиона была улучшена после инфильтрации ионной жидкостью. Что еще более важно, проводимость пропитанных пленок увеличивается на один-два порядка, чем у немодифицированных. Сшивание ИЖ/полимерного мономера представляет собой смешивание ИЖ и полимеризуемых мономеров для получения электролитов посредством термической или фотополимеризации. Полимерные ионные жидкости (ПИЛ) могут быть созданы путем прямой полимеризации полимеризуемого мономера на основе ИЖ или полимеризации модифицированного полимера и мономера ИЖ.Используя все преимущества специфических свойств ионных жидкостей и полимеров, мембрана PIL вызвала большой интерес в последние годы. Приняв метод литья из раствора, Karuppasamy et al. (2016) разработали PIL синтезированные твердые электролиты путем приготовления ионных жидкостей N,N-бис(трифторметансульфонил)имида лития (LiTFSI) в N-этил-N-метилимидазолий-бис(трифторметансульфонил)имиде (EMImTFSI) ИЖ с включенным органическим растворителем и наночастицами. в ПЭО. Приготовленный электролит PIL обладает высокой ионной проводимостью 10 -2 См/см и высокой электрохимической стабильностью.Ян и др. (Li et al., 2011) разработали твердый электролит, объединив PIL с различными анионами, такими как BF4-, PF6-, ClO4- и N(CF3 SO2)2-. Электролит PIL с 1g2-MA-BF 4 /LiBF 4 показал ионную проводимость до 1,35 × 10 −4 См/см при 30°C. На основе ПЭО, модифицированного сепиолита (TPGS-S), LiTFSI и ионной жидкости бис(трифторметансульфонил)имида 1-бутил-1-метилпирролидиния (PYR14TFSI) методом экструзии без растворителя были синтезированы электролиты (Gonzalez et al., 2018). Полученный полимерный электролит имел широкое электрохимическое окно 4,2 В и ионную проводимость 5×10 -4 См/см при 60°С.

Рисунок 9 . Схематическое изображение общей процедуры приготовления гибридно-ионного жидкого электролита. [Воспроизведение с разрешения Subianto et al. (2009). Copyright © 2009, Американское химическое общество].

Твердые полимерные электролиты с MOF

Металлоорганические каркасы (MOF) представляют собой пористый материал нового типа, состоящий из ионов металлов и мостиковых органических лигандов (Stavila et al., 2014; Индра и др., 2018 г.; Xie X.C. и др., 2018). MOF обладают многими свойствами, такими как пористость, большая удельная поверхность и полиметаллические центры (Yuan et al., 2013), поэтому они широко используются во многих областях, включая адсорбцию газов, молекулярное разделение, доставку лекарств (Mueller et al., 2006; Купплер и др., 2009; Ли и др., 2009). Многие исследования показали, что MOF также положительно влияют на повышенную ионную проводимость благодаря высокой удельной поверхности и хорошей адсорбционной способности. Юань и др.(2013) подготовили новый ТФЭ путем добавления MOF-5 на основе цинка в полимерный электролит ПЭО. Комбинация MOF и полимера показала положительное влияние на механические и электрохимические свойства в качестве твердого электролита. Ионная проводимость этих мембран может достигать 3,16·10 -5 См/см при температуре окружающей среды, что объясняется двумя составляющими. Во-первых, взаимодействие кислотных центров Льюиса на MOF-5 с цепью ПЭО и солью лития препятствует кристаллизации ПЭО и способствует образованию проводящих каналов Li + .Во-вторых, изотропный открытый MOF-5 может адсорбировать растворитель для ускорения переноса ионов. Гербальди и др. (2014) предложили новый наполнительный материал (MOF на основе алюминия) (рис. 10A), который был успешно приготовлен и введен в полимерную матрицу на основе ПЭО. Ионная проводимость композитной мембраны на два порядка больше, чем без смешанных МОК. литиевые батареи (Li/LiFePO 4 ) с электролитом показали отличные характеристики заряда-разряда и высокую удельную емкость.При скорости 1°C батарея все еще может стабильно работать при 50°C, а падение удельной емкости не очевидно при восстановлении до 70°C. После 500 циклов емкость почти сохраняется как исходная, а кулоновская эффективность лишь немного снижается. Это показывает превосходную способность сохранения емкости и хорошую циклическую стабильность (рис. 10B). Недавно Wang Z. et al. (2018) синтезировали новый химически связанный композитный электролит MOF-полимер. Пленку готовили фотополимеризацией с постсинтетической модификацией MOF (M-UiO-66-NH 2 ), диакрилата полиэтиленгликоля и LITFSI (рис. 11).Граница между MOF и полимером обеспечивает быстрый канал транспорта литий-иона, соответственно проводимость композиционного электролита (HSPE-1-8) составляет 4,31·10 −5 См/см при 30°C, что составляет до пяти раз больше, чем у некомпозитного MOF. Твердые элементы Li/LiFePO 4 , собранные с этими ТФЭ, подвергнутыми циклированию при 60°C, продемонстрировали превосходную кулоновскую эффективность.

Рисунок 10. (A) Схематическая диаграмма идеальной сетчатой ​​структуры металлоорганического каркаса алюминий(III)-1,3,5-бензолтрикарбоксилата (Al-BTC). (B) Электрохимические характеристики элемента LiFePO 4 /S4-NCPE/Li при различных температурах и токовых режимах. [Воспроизведение с разрешения Gerbaldi et al. (2014). Copyright © 2014, Королевское химическое общество].

Рисунок 11 . Синтетический путь гибридного ковалентно связанного полностью твердого электролита на основе MOF-PEGDA. [Воспроизведение с разрешения Wang Z. et al. (2018). Copyright © 2018, Королевское химическое общество].

Твердые полимерные электролиты с целлюлозой

Целлюлоза — нетоксичный безвредный, недорогой и натуральный экологически чистый материал с высокой механической прочностью и большой удельной поверхностью (Baxter et al., 2009; Sheng et al., 2017). Благодаря уникальным свойствам целлюлоза может не только улучшают механические свойства полимеров в электролитах, но и препятствуют росту литиевых дендритов, эффективно действуя как физический барьер. Поверхность раздела между целлюлозой и полимером ведет себя как канал для переноса ионов, облегчая перенос ионов.Кроме того, полярные группы в целлюлозе могут улучшать диссоциацию солей (Shi et al., 2017). Наир и др. (2009) сообщили о полимерном композитном электролите с армированием целлюлозой. Армированный электролит показал высокую ионную проводимость (2,0 × 10 -4 См/см при 25°C) и исключительные механические свойства, которые ожидаются для применения в гибких электронных устройствах. Кроме того, ионная жидкость в смеси с целлюлозой может решить проблему утечки ИЖ в композиционном электролите.Ши и др. (2017) разработали новый тип трехмерной самособирающейся полимерной ионной жидкости (PIL)-наноцеллюлозы для формирования полимерного электролита. Структура не только улучшает механические свойства ТФЭ, но также образует сильную координацию лития, что способствует растворению соли лития. Растворенная соль лития может объединяться с IL с образованием ион-проводящего домена, тем самым способствуя переносу ионов. Асгар и др. (2012) адекватно использует характеристики сетчатой ​​целлюлозы (NC) с механической прочностью и применяет их для разработки квазитвердого полимерного электролита PEG-LiClO4-NC.Полученный композиционный электролит с содержанием НК 12,8 мас. % показал самую высокую ионную проводимость (10 -4 См/см при 25°C) и был электрохимически стабилен до 4,7 В. Аналогичным образом, Zhang et al. (2014) объединили целлюлозный нетканый материал с PCA-PEO для изготовления жестко-гибкой муфты SPE, значительно улучшив их комплексные свойства композитного электролита.

Сводка и Outlook

Хотя литий-ионные батареи уже давно коммерциализированы, использование жидких электролитов имеет некоторые недостатки, такие как низкая безопасность и нестабильные электрохимические характеристики, что значительно ограничивает их дальнейшее развитие и более широкое применение.Твердый композитный полимерный электролит в литий-ионных батареях в последнее время привлекает большое внимание из-за его низкой воспламеняемости, хорошей гибкости, отличной термостабильности и высокой безопасности. В этом обзоре мы предоставили фундаментальное понимание механизмов ионной проводимости и интерфейсов для твердых композитных электролитов, в то же время были обобщены последние достижения в области композитных электролитов на полимерной основе, включая полимер/инертную керамику, полимер/быстроионную проводимость, полимер /ионная жидкость, полимер/MOF и композитные электролиты полимер/целлюлоза.

Несмотря на то, что композитным электролитам на основе полимеров были посвящены значительные исследования, некоторые фундаментальные вопросы все еще необходимо решить в срочном порядке до их коммерциализации. Например, ионная проводимость композитного твердого электролита все же на несколько порядков отличается от жидкого аналога; многие твердые электролиты на основе полимеров проявляют высокую ионную проводимость при высоких температурах и резко падают при более низких температурах; механизм проводимости и межфазное взаимодействие нуждаются в дальнейшем уточнении, а не в ускорении дальнейших исследований.

В настоящее время твердый электролит полимер/ионная жидкость неизбежно вызывает снижение механических свойств при получении высокой ионной проводимости, что представляет большую опасность для безопасности. Трудность полимерно-инертных керамических твердых электролитов заключается в том, как создать хорошую дисперсию и усилить взаимодействие между наполнителем и полимером, что ограничивает дальнейшее улучшение ионной проводимости. Для сравнения, композитные электролиты полимер/быстрые ионы обладают как высокой ионной проводимостью при комнатной температуре, так и хорошими механическими свойствами.Будущим направлением развития твердых электролитов на полимерной основе, вероятно, будет сочетание быстрых ионных проводников и полимеров, которые могут объединить преимущества высокой ионной проводимости быстрых ионных проводников и решить проблему плохого межфазного контакта. Из всех типов композиционных твердых электролитов на основе полимеров ТФЭ с быстрыми ионными проводниками завоевали все преимущества и являются направлением развития промышленных твердых электролитов.

Следующие аспекты были рекомендованы для сосредоточения внимания на твердом электролите в будущих разработках.Во-первых, использование базы данных генома материалов для анализа, руководства и разработки композитных материалов может способствовать повышению эффективности и экономии средств. Расчеты материалов облегчают глубокое понимание материала. Соответствующий ионный механизм можно смоделировать и интерпретировать с помощью расчетов материалов. Во-вторых, большинство материалов батареи, таких как электроды, электролиты и пленки SEI, чувствительны к электронным пучкам и их трудно наблюдать с помощью обычной просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ).Усовершенствованные методы характеризации могут облегчить анализ механизмов материала. Например, используя криоэлектронную микроскопию, Zachman et al. (2018) раскрывает атомную структуру чувствительных материалов батареи и интерфейсов. Точно так же Meng et al. (Wang et al., 2017) изучили поверхность раздела твердых электролитов с помощью криогенной ПЭМ, что значительно способствовало дальнейшим исследованиям интерфейса. Наконец, попытки найти подходящие композитные электролиты с высокой проводимостью при низкой температуре всегда заслуживают дальнейшего изучения.Коммерческие твердые электролиты требуют высокой ионной проводимости при комнатной температуре, безопасности и простоты обработки, чтобы конкурировать с жидкими аналогами.

Вклад авторов

PY, JW и HY собрали данные, провели статистический анализ, интерпретацию результатов и написали рукопись. З.Д., Ю.Л. и Дж.Л. вместе с другими авторами провели библиографическое исследование и сделали логический анализ. ML и XL предложили предложения и исправления на английском языке для статьи.

Финансирование

Эта работа выполнена при финансовой поддержке Шэньчжэньского международного проекта сотрудничества (GJHZ20180923193456903) и Шэньчжэньской программы фундаментальных исследований тематического макета (JCYJ20170413102735544).

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Каталожные номера

Агравал, Р.C. и Pandey, GP (2008). Твердые полимерные электролиты: проектирование материалов и применение полностью твердотельных аккумуляторов: обзор. J Phys D Appl Phys. 41:223001. дои: 10.1088/0022-3727/41/22/223001

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Алиахмад, Н., Шреста, С., Варахрамян, К., и Агарвал, М. (2016). Поли(винилиденфторид-гексафторпропилен) полимерный электролит для бумажных и гибких аккумуляторов. AIP Adv. 6:065206. дои: 10.1063/1.4953811

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Аоно Х., Сугимото Э., Садаока Ю., Иманака Н. и Адачи Г. (1990). Ионная проводимость твердых электролитов на основе литийтитанфосфата. Дж. Электрохим. соц. 137, 1023–1027. дои: 10.1149/1.2086597

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Аравиндан, В., и Викраман, П. (2008). Характеристика SiO 2 и Al 2 O 3 , в состав которых входят композитные полимерные электролиты на основе PVdF-HFP с LiPF3(CF3CF2)(3). J. Appl. Полим. науч. 108, 1314–1322. doi: 10.1002/прил.27824

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Арманд, М., Эндрес, Ф., Макфарлейн, Д. Р., Оно, Х., и Скросати, Б. (2009). Ионные жидкие материалы для электрохимических задач будущего. Нац. Матер. 8, 621–629. дои: 10.1038/Nmat2448

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Асгар А., Самад Ю. А., Лалия Б. С. и Хашайке Р. (2012).Квазитвердый полимерный электролит на основе ПЭГ: механически поддерживается сетчатой ​​целлюлозой. Дж. Член. науч. 421, 85–90. doi: 10.1016/j.memsci.2012.06.037

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Bae, J., Li, Y., Zhang, J., Zhou, X., Zhao, F., Shi, Y., et al. (2018). Трехмерный наноструктурированный высокоэффективный композитный полимерный литий-ионный электролит на основе гидрогелевого каркаса. Анж. хим. Междунар. Эд. 57, 2096–2100. doi: 10.1002/anie.201710841

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Бакстер, Дж., Bian, Z., Chen, G., Danielson, D., Dresselhaus, M.S., Fedorov, A.G., et al. (2009). Наноразмерный дизайн, обеспечивающий революцию в возобновляемых источниках энергии. Энергетика Окружающая среда. науч. 2, 559–588. дои: 10.1039/b821698c

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Камачо-Фореро, Л. Э., и Бальбуэна, П. Б. (2018). Изучение межфазной стабильности твердотельных электролитов на поверхности литий-металлического анода. Дж. Источники питания 396, 782–790. doi: 10.1016/j.jpowsour.2018.06.092

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Капуано, Ф., Кроче, Ф., и Скросати, Б. (1991). Композитные полимерные электролиты. Дж. Электрохим. соц. 138, 1918–1922 гг. дои: 10.1149/1.2085900

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чен, Л., Ли, Ю., Ли, С.-П., Фан, Л.-З., Нан, К.-В., и Гуденаф, Дж. Б. (2018). Композитные электролиты ПЭО/гранат для твердотельных литиевых аккумуляторов: от «керамика-в-полимере» к «полимер-в-керамике». Nano Energy 46, 176–184. doi: 10.1016/j.nanoen.2017.12.037

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чен, Р. Дж., Цюй, В. Дж., Го, X., Ли, Л., и Ву, Ф. (2016). Поиски твердотельных электролитов для литиевых аккумуляторов: от всестороннего понимания к открывающимся горизонтам. Матер. Горизонт. 3, 487–516. дои: 10.1039/c6mh00218h

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кроче Ф., Аппетекки Г. Б., Перси Л. и Скрозати Б.(1998). Нанокомпозитные полимерные электролиты для литиевых аккумуляторов. Природа 394, 456–458.

Академия Google

Cui, Y., Baker, A.P., Xu, X., Xiang, Y., Wang, L., Lavorgna, M., et al. (2015). Усовершенствование мембран на основе нафиона для прямого применения метанольных топливных элементов за счет включения наполнителей из цеолита аммония-X. Дж. Источники питания 294, 369–376. doi: 10.1016/j.jpowsour.2015.06.078

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Цуй, Ю., Liu, Y., Wu, J., Zhang, F., Baker, A.P., Lavorgna, M., et al. (2018). Пористые частицы оксида кремния-алюминия, функционализированные кислотными фрагментами: инновационный наполнитель для улучшенных мембран на основе нафиона топливного элемента прямого действия на метаноле. Дж. Источники питания 403, 118–126. doi: 10.1016/j.jpowsour.2018.09.090

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Диас, Ф. Б., Пломп, Л., и Вельдхуис, Дж. Б. Дж. (2000). Тенденции полимерных электролитов для вторичных литиевых аккумуляторов. Дж. Источники питания 88, 169–191. doi: 10.1016/s0378-7753(99)00529-7

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

До, Дж. С., Чанг, С. П., и Ли, Т. Дж. (1996). Электрохимические свойства полимерного электролита на основе солей лития и поли(этиленоксида)этиленкарбоната и разрядные характеристики Li/MnO 2 . Ионика твердого тела 89, 291–298. дои: 10.1016/0167-2738(96)00343-8

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Донг, Х.К. и Ван Л. (2005). Составы, структура и свойства полимерных электролитов для литий-ионных аккумуляторов. Прогр. хим. 17, 248–253.

Эпп, В., Ма, К., Хаммер, Э.-М., Тиц, Ф., и Вилкенинг, М. (2015). Очень быстрая объемная диффузия ионов лития в кристаллическом Li 1,5 Al 0,5 Ti 1,5 (PO 4 )(3), как видно с помощью ЯМР-релаксометрии. Физ. хим. хим. физ. 17, 32115–32121. дои: 10.1039/c5cp05337d

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Фергус, Дж.В. (2010). Керамические и полимерные твердые электролиты для литий-ионных аккумуляторов. J. Источники питания 195, 4554–4569. doi: 10.1016/j.jpowsour.2010.01.076

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Фонсека, К.П., и Невес, С. (2002). Характеристика полимерных электролитов на основе поли(диметилсилоксан-со-этиленоксида). Дж. Источники питания 104, 85–89. doi: 10.1016/s0378-7753(01)00902-8

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Форсайт, М., Типтон, А.Л., Шрайвер, Д.Ф., Ратнер, М.А., и Макфарлейн, Д.Р. (1997). Ионная проводимость в комплексах поли(диэтиленгликоль-карбонат)/трифлат натрия. Ионика твердого тела 99, 257–261. doi: 10.1016/s0167-2738(97)00115-x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Fu, K.K., Gong, Y., Dai, J., Gong, A., Han, X., Yao, Y., et al. (2016). Гибкая твердотельная ионопроводящая мембрана с 3D-сетками из нановолокна граната для литиевых аккумуляторов. Проц. Натл.акад. науч. США. 113, 7094–7099. doi: 10.1073/pnas.1600422113

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ганг В., Роос Дж., Бринкманн Д., Капуано Ф., Кроче Ф. и Скросати Б. (1992). Сравнение ЯМР и проводимости в (PEO)(8)LiCLO 4 +GAMMA-LiALO 2 . Ионика твердого тела 53, 1102–1105. дои: 10.1016/0167-2738(92)-3

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Гербальди, К., Наир, Дж.R., Kulandainathan, M.A., Kumar, R.S., Ferrara, C., Mustarelli, P., et al. (2014). Инновационные высокоэффективные нанокомпозитные полимерные электролиты с металлоорганическим каркасом (MOF) для полностью твердотельных литиевых батарей. Дж. Матер. хим. А 2, 9948–9954. дои: 10.1039/c4ta01856g

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Гонсалес Ф., Тьембло П., Гарсия Н., Гарсия-Кальво О., Федели Э., Кваша А. и др. (2018). Высокоэффективный полимерный/ионный жидкий термопластичный твердый электролит, приготовленный путем обработки без растворителя для твердотельных литий-металлических аккумуляторов. Мембраны 8:55. doi: 10.3390/мембраны8030055

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ху Л., Тан З. и Чжан З. (2007). Новый композитный полимерный электролит, состоящий из мезопористых нанолистов алюмината лития и ПЭО/LiClO4. Дж. Источники питания 166, 226–232. doi: 10.1016/j.jpowsour.2007.01.028

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Индра, А., Сонг, Т., и Пайк, У. (2018). Металлоорганические каркасные материалы: достижения и перспективы преобразования и хранения энергии. Доп. Матер. 30:1705146. doi: 10.1002/adma.201705146

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ито Т., Итикава Ю., Уно Т., Кубо М. и Ямамото О. (2003a). Композиционные полимерные электролиты на основе полиэтиленоксида, гиперразветвленного полимера, BaTiO 3 и LiN(CF 3 SO 2 )(2). Ионика твердого тела 156, 393–399. doi: 10.1016/s0167-2738(02)00682-3

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ито, Т., Миямура Ю., Итикава Ю., Уно Т., Кубо М. и Ямамото О. (2003b). Композиционные полимерные электролиты из соли полиэтиленоксида/BaTiO 3 /Li с гиперразветвленным полимером. J. Источники питания 119, 403–408. doi: 10.1016/s0378-7753(03)00261-1

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Jung, Y.-C., Lee, S.-M., Choi, J.-H., Jang, S.S., and Kim, D.-W. (2015). Все твердотельные литиевые батареи собраны с гибридными твердыми электролитами. Дж. Электрохим.соц. 162, А704–А710. дои: 10.1149/2.0731504jes

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Камая Н., Хомма К., Ямакава Ю., Хираяма М., Канно Р., Йонемура М. и др. (2011). Литиевый суперионный проводник. Нац. Матер. 10, 682–686. doi: 10.1038/nmat3066

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Karuppasamy, K., Rhee, H.W., Reddy, P.A., Gupta, D., Mitu, L., Polu, A.R., et al. (2016). Нанокомпозитные полимерные электролиты с включением ионной жидкости для перезаряжаемых литий-ионных аккумуляторов: способ достижения улучшенных электрохимических и межфазных свойств. J. Ind. Eng. хим. 40, 168–176. doi: 10.1016/j.jiec.2016.06.020

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Келлер, М., Аппетекки, Г.Б., Ким, Г.-Т., Шарова, В., Шнайдер, М., Шумахер, Дж., и соавт. (2017). Электрохимические характеристики не содержащего растворителей гибридного керамического полимерного электролита на основе Li 7 La 3 Zr 2 O 12 в P(EO)(15)LiTFSI. Дж. Источники питания 353, 287–297. doi: 10.1016/j.jpowsour.2017.04.014

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кетаби, С., и Лиан, К. (2013). Влияние SiO2 на проводимость и структурные свойства полимерного электролита PEO-EMIHSO4 и включенных твердотельных электрохимических конденсаторов. Электрохим. Acta 103, 174–178. doi: 10.1016/j.electacta.2013.04.053

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кнаут, П. (2009). Неорганические твердые литий-ионные проводники: обзор. Ионика твердого тела 180, 911–916.doi: 10.1016/j.ssi.2009.03.022

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кумар, Б., и Скэнлон, Л. Г. (2000). Композитные электролиты для литиевых аккумуляторных батарей. J. Электрокерамика 5, 127–139. дои: 10.1023/a:1009958118260

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Куплер, Р. Дж., Тиммонс, Д. Дж., Фанг, К.-Р., Ли, Дж.-Р., Макал, Т. А., Янг, М. Д., и соавт. (2009). Возможности применения металлоорганических каркасов. Координ.хим. Ред. 253, 3042–3066. doi: 10.1016/j.ccr.2009.05.019

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ли М., Ян Л., Фанг С. и Донг С. (2011). Новые полимерные ионные жидкие мембраны как твердые полимерные электролиты с высокой ионной проводимостью при умеренной температуре. Дж. Член. науч. 366, 245–250. doi: 10.1016/j.memsci.2010.10.004

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Лян Б., Тан С., Цзян К., Чен К., Чен С., Ли С., и другие. (2015). Приготовление и характеристика полимерных композиционных электролитов ПЭО-ПММА, легированных нано-Al2O3. Электрохим. Acta 169, 334–341. doi: 10.1016/j.electacta.2015.04.039

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Лин Д., Лю В., Лю Ю., Ли Х. Р., Хсу П.-К., Лю К. и др. (2016). Высокая ионная проводимость композиционного твердого полимерного электролита за счет in situ синтеза монодисперсных наносфер SiO 2 в полиэтиленоксиде. Нано Летт. 16, 459–465. doi: 10.1021/acs.nanolett.5b04117

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Лин, Д., Юэнь, П.Ю., Лю, Ю., Лю, В., Лю, Н., Даускардт, Р.Х., и соавт. (2018). Композитный полимерный электролит, армированный силикагелем и аэрогелем, с высокой ионной проводимостью и высоким модулем. Доп. Матер. 30:e1802661. doi: 10.1002/adma.201802661

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Линг, С.-Г., Пэн, Дж.-Ю., Ян, К., Цю, Дж.-Л., Лу, Дж.-З., и Ли, Х. (2018). Повышенная ионная проводимость в композитном электролите LAGP/LATP. Подбородок. физ. Б , 27:038201. дои: 10.1088/1674-1056/27/3/038201

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Liu, J., Xu, J.Y., Lin, Y., Li, J., Lai, Y.Q., Yuan, C.F., et al. (2013). Полностью твердотельный литий-ионный аккумулятор: исследования и промышленные перспективы. Акта Хим. Грех. 71, 869–878. дои: 10.6023/a13020170

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Лю, В., Lee, S.W., Lin, D., Shi, F., Wang, S., Sendek, A.D., et al. (2017). Повышение ионной проводимости в композитных полимерных электролитах с хорошо ориентированными керамическими нанопроволоками. Нац. Энергия 2:17035. doi: 10.1038/nenergy.2017.35

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Лю В., Линь Д., Сунь Дж., Чжоу Г. и Цуй Ю. (2016). Улучшенная ионно-литиевая проводимость в композитных полимерных электролитах с оксидно-ионными проводящими нанопроволоками. ACS Nano 10, 11407–11413.doi: 10.1021/acsnano.6b06797

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Liu, W., Liu, N., Sun, J., Hsu, P.C., Li, Y.Z., Lee, H.W., et al. (2015). Повышение ионной проводимости полимерных электролитов с наполнителями из керамических нанопроволок. Нано Летт. , 15, 2740–2745. doi: 10.1021/acs.nanolett.5b00600

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Мантирам, А., Ю, X. В., и Ван, С. Ф. (2017). Химический состав литиевых батарей благодаря твердотельным электролитам. Нац. Преподобный Матер. 2:16103. doi: 10.1038/natrevmats.2016.103

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Мюллер, У., Шуберт, М., Тайх, Ф., Пуэттер, Х., Ширле-Арндт, К., и Пастре, Дж. (2006). Металлоорганические каркасы – перспективы промышленного применения. Дж. Матер. хим. 16, 626–636. дои: 10.1039/b511962f

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Наир, Дж. Р., Гербальди, К., Чиаппоне, А., Зено, Э., Бонджованни, Р., Бодоардо, С., и другие. (2009). Полимерные электролитные мембраны с УФ-отверждением для Li-элементов: улучшенные механические свойства за счет нового армирования целлюлозой. Электрохим. коммун. 11, 1796–1798 гг. doi: 10.1016/j.elecom.2009.07.021

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Нэн, К.В., Фан, Л.З., Лин, Ю.Х., и Кай, К. (2003). Повышенная ионная проводимость полимерных электролитов, содержащих частицы нанокомпозита SiO 2 . Физ. Преподобный Летт. 91:4. doi: 10.1103/PhysRevLett.91.266104

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

О’Каллаган, М.П., ​​Пауэлл, А.С., Титман, Дж.Дж., Чен, Г.З., и Кассен, Э.Дж. (2008). Включение быстрой ионно-литиевой проводимости в гранатах: структура и транспортные свойства Li(3+x)Nd(3)Te(2-x)Sb(x)O(12). Хим. Матер. 20, 2360–2369. дои: 10.1021/cm703677q

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Осада, И., де Врис, Х., Скросати, Б., и Пассерини, С. (2016).Полимерные электролиты на основе ионной жидкости для аккумуляторных батарей. Анж. хим. Междунар. Эд. 55, 500–513. doi: 10.1002/anie.201504971

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Пал, П., и Гош, А. (2018). Влияние наночастиц TiO2 на транспорт носителей заряда и характеристики элементов нанокомпозитных электролитов на основе ПММА-LiClO 4 . Электрохим. Acta 260, 157–167. doi: 10.1016/j.electacta.2017.11.070

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Перес-Эстебанес, М., Исаси-Марин, Дж., Тоеббенс, Д.М., Ривера-Кальзада, А., и Леон, К. (2014). Систематическое исследование Li-i + XMXTi2 _ x(PO4)(3) типа Nasicon (M: Cr, Al, Fe) методами дифракции нейтронов и импедансной спектроскопии. Ионика твердого тела 266, 1–8. doi: 10.1016/j.ssi.2014.07.018

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Цю, В.-Л., Ян, К.-Х., Ма, X.-ч., Фу, Ю.-Б., и Цзун, X.-Ф. (2004). Исследование сухих твердых полимерных электролитов на основе ПЭО для литиевых аккумуляторных батарей. Подбородок. J. Источники питания 28, 440–448, 457.

Академия Google

Куартароне, Э., и Мустарелли, П. (2011). Электролиты для твердотельных литиевых аккумуляторных батарей: последние достижения и перспективы. Хим. соц. Ред. 40, 2525–2540. дои: 10.1039/c0cs00081g

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ратнер, М. А., Йоханссон, П., и Шрайвер, Д. Ф. (2000). Полимерные электролиты: механизмы ионного транспорта и релаксационная связь. Миссис Пуля. 25, 31–37. doi: 10.1557/mrs2000.16

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Редди, М.Дж., Чу, П.П., Кумар, Дж.С., и Рао, У.В.С. (2006). Ингибированная кристаллизация и ее влияние на проводимость в твердом электролите наноразмерного композита оксида железа ПЭО. Дж. Источники питания , 161, 535–540. doi: 10.1016/j.jpowsour.2006.02.104

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Скросати, Б., и Гарш, Дж. (2010). Литиевые батареи: состояние, перспективы и будущее. Дж. Источники питания , 195, 2419–2430. doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.11.048

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Шэн Дж., Тонг С., Хе З. и Ян Р. (2017). Последние разработки целлюлозных материалов для сепараторов литий-ионных аккумуляторов. Целлюлоза 24, 4103–4122. doi: 10.1007/s10570-017-1421-8

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Шэн, О., Джин, К., Луо, Дж., Юань, Х., Хуанг, Х., Ган, Ю., и другие. (2018). Mg 2 B 2 O 5 Многофункциональные твердотельные электролиты на основе нанопроводов с высокой ионной проводимостью, превосходными механическими свойствами и огнестойкими характеристиками. Нано Летт. 18, 3104–3112. doi: 10.1021/acs.nanolett.8b00659

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Shi, Q.X., Xia, Q., Xiang, X., Ye, Y.S., Hai Yan, P., Xue, Z.G., et al. (2017). Самособирающиеся полимерные нанокристаллы целлюлозы, функционализированные ионной жидкостью: создание трехмерных ионопроводящих каналов в композитных полимерных электролитах на основе ионной жидкости. Хим. Евро. Дж. 23, 11881–11890. doi: 10.1002/chem.201702079

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Сикейра, Л.JA и Рибейро, MCC (2006). Молекулярно-динамическое моделирование полимерного электролита полиэтиленоксид/LiClO4. II. Динамические свойства. J. Chem. физ. 125:214903. дои: 10.1063/1.2400221

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Шривастава, Н., и Тивари, Т. (2009). Новые тенденции в полимерных электролитах: обзор. Е-полимеры 146, 1–17. doi: 10.1515/epoly.2009.9.1.1738

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ставила, В., Талин, А.А., и Аллендорф, М.Д. (2014). Электронные и оптоэлектронные устройства на основе МОВ. Хим. соц. Ред. 43, 5994–6010. дои: 10.1039/c4cs00096j

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Стефан, А.М., и Нам, К.С. (2006). Обзор композиционных полимерных электролитов для литиевых аккумуляторов. Полимер 47, 5952–5964. doi: 10.1016/j.polymer.2006.05.069

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Страмаре, С., Тангадурай, В.и Веппнер, В. (2003). Титанаты лития-лантана: обзор. Хим. Матер. 15, 3974–3990. doi: 10.1021/cm0300516

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Субианто, С., Мистри, М.К., Чоудхури, Н.Р., Датта, Н.К., и Кнут, Р. (2009). Композитный полимерный электролит, содержащий ионную жидкость и функционализированные полиэдрические олигомерные силсесквиоксаны, для безводных приложений PEM. Приложение ACS Матер. Интерфейсы 1, 1173–1182. дои: 10.1021/am

0w

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Вс, Б., Миндемарк, Дж., Эдстром, К., и Бранделл, Д. (2014). Твердые полимерные электролиты на основе поликарбоната для литий-ионных аккумуляторов. Ионика твердого тела 262, 738–742. doi: 10.1016/j.ssi.2013.08.014

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сан, Дж. З., Макфарлейн, Д. Р., и Форсайт, М. (1996). Ионопроводящие сополимеры полиэтиленоксида и диметилсилоксана. J. Polymer Sci. полимер хим. 34, 3465–3470.

Академия Google

Тамбелли, К.C., Bloise, A.C., Rosario, A., Pereira, E.C., Magon, C.J., and Donoso, J.P. (2002). Характеристика композитных полимерных электролитов PEO-Al2O3. Электрохим. Акта 47, 1677–1682 гг. doi: 10.1016/s0013-4686(01)00900-8

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Тан, З., Ху, Л., Чжан, З., и Су, Ф. (2007). Ход исследований твердых полимерных электролитов для литий-ионных аккумуляторов. Дж. Чин. Керамический соц. 35, 123–128.

Академия Google

Тангадурай, В., Каак, Х., и Веппнер, В. Дж. Ф. (2003). Новая быстрая ионно-литиевая проводимость в гранатовом типе Li 5 La 3 M 2 O 12 (M = Nb, Ta). Дж. Ам. Керамический соц. 86, 437–440. doi: 10.1111/j.1151-2916.2003.tb03318.x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Токчом, Дж. С., Гупта, Н., и Кумар, Б. (2008). Суперионная проводимость в литий-алюминий-германий-фосфатной стеклокерамике. Дж. Электрохим. соц. 155, А915–А920.дои: 10.1149/1.2988731

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Тикекар, доктор медицинских наук, Чоудхури, С., Ту, З., и Арчер, Л. А. (2016). Принципы проектирования электролитов и интерфейсов для стабильных литий-металлических аккумуляторов. Нац. Энергия 1, 1–7. doi: 10.1038/nenergy.2016.114

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Верма П., Мэйр П. и Новак П. (2010). Обзор особенностей и анализ межфазного слоя твердого электролита в литий-ионных батареях. Электрохим. Acta 55, 6332–6341. doi: 10.1016/j.electacta.2010.05.072

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Villaluenga, I., Wujcik, K.H., Tong, W., Devaux, D., Wong, D.H.C., DeSimone, J.M., et al. (2016). Соответствующие стеклополимерные гибридные электролиты с одиночной ионной проводимостью для литиевых аккумуляторов. Проц. Натл. акад. науч. США. 113, 52–57. doi: 10.1073/pnas.1520394112

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ван, Л.-P., Zhang, X.-D., Wang, T.-S., Yin, Y.-X., Shi, J.-L., Wang, C.-R., et al. (2018). Улучшение межфазных проблем катодных и твердотельных электролитов путем модификации межфазных поверхностей функциональных полимеров. Доп. Энергия Матер. 8:1801528. doi: 10.1002/aenm.201801528

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ван, X., Чжан, М., Альварадо, Дж., Ван, С., Сина, М., Лу, Б., и др. (2017). новые взгляды на структуру электрохимически осажденного металлического лития и его межфазных границ твердого электролита с помощью криогенной ПЭМ. Нано Летт. 17, 7606–7612. doi: 10.1021/acs.nanolett.7b03606

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Wang, Z., Wang, S., Wang, A., Liu, X., Chen, J., Zeng, Q., et al. (2018). Полностью твердотельные электролитные мембраны с ковалентно связанным металлоорганическим каркасом (MOF) и полимером для высокоэффективных литиевых батарей при комнатной температуре. Дж. Матер. хим. А 6, 17227–17234. дои: 10.1039/c8ta05642k

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ватанабэ, М., Эндо Т., Нишимото А., Миура К. и Янагида М. (1999). Высокая ионная проводимость и межэлектродные свойства полимерных электролитов на основе высокомолекулярных разветвленных полиэфиров. Дж. Источники питания 81, 786–789. doi: 10.1016/s0378-7753(99)00250-5

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Вэй-Мин, В. (2012). Исследование всех твердотельных композитных полимерных электролитов. Доп. Мат. Рез. 571, 13–16. doi: 10.4028/www.scientific.net/AMR.571.13

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Уэстон, Дж.E. и Steele, BCH (1982). Влияние инертных наполнителей на механические и электрохимические свойства поли(этиленоксидных) полимерных электролитов на основе литиевой соли. Ионика твердого тела 7, 75–79. дои: 10.1016/0167-2738(82)-8

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ву, Дж.-Ф., Панг, В.К., Петерсон, В.К., Вэй, Л., и Го, X. (2017). Быстрые литий-ионные проводники гранатового типа с высокой ионной проводимостью для полностью твердотельных аккумуляторов. Приложение ACS Матер.Интерфейсы 9, 12461–12468. doi: 10.1021/acsami.7b00614

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Xie, H., Yang, C., Fu, K., Yao, Y., Jiang, F., Hitz, E., et al. (2018). Гибкий, масштабируемый и высокопроводящий гранат-полимерный твердый электролит, созданный на основе бактериальной целлюлозы. Доп. Энергия Матер. 8:1703474. doi: 10.1002/aenm.201703474

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Се, X.-C., Хуанг, K.-J., и Ву, X.(2018). Полые материалы на металлоорганическом каркасе для электрохимического накопления энергии. Дж. Матер. хим. А 6, 6754–6771. дои: 10.1039/c8ta00612a

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Xiong, H.M., Wang, Z.D., Xie, D.P., Cheng, L., and Xia, Y.Y. (2006). Стабильные полимерные электролиты на основе наночастиц ZnO с привитым полиэфиром для полностью твердотельных литиевых аккумуляторов. Дж. Матер. хим. 16, 1345–1349. дои: 10.1039/b514346b

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сюй, Р.К., Ся, X. Х., Чжан, С. З., Се, Д., Ван, С. Л., и Ту, Дж. П. (2018). Межфазные проблемы и прогресс для неорганических полностью твердотельных литиевых батарей. Электрохим. Acta 284, 177–187. doi: 10.1016/j.electacta.2018.07.191

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ян Л., Ван З., Фэн Ю., Тан Р., Цзо Ю., Гао Р. и др. (2017). Гибкий композитный твердый электролит, обеспечивающий высокостабильный «мягкий контакт» литий-электролитного интерфейса для твердотельных литий-ионных аккумуляторов. Доп. Энергия Матер. 7:1701437. doi: 10.1002/aenm.201701437

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ярмоленко О. В., Юдина А. В., Хатмуллина К. Г. (2018). Нанокомпозитные полимерные электролиты для литиевых источников питания (обзор). Рус. Дж. Электрохим. 54, 325–343. doi: 10.1134/s1023193518040092

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Янг, В. С., Куан, В. Ф., и Эппс, Т. Х. (2014). Блок-сополимерные электролиты для литиевых аккумуляторов. J. Polymer Sci. B Полимерная физ. 52, 1–16. doi: 10.1002/полб.23404

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Юань, К., Ли, Дж., Хань, П., Лай, Ю., Чжан, З. и Лю, Дж. (2013). Улучшенные электрохимические характеристики композитного полимерного электролита на основе полиэтиленоксида за счет включения наноразмерного металлоорганического каркаса. Дж. Источники питания 240, 653–658. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.05.030

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Захман, М.Дж., Ту, З., Чоудхури, С., Арчер, Л. А., и Куркутис, Л. Ф. (2018). Крио-STEM-картирование границ раздела твердое тело-жидкость и дендритов в литий-металлических батареях. Природа 560 , 345–349. doi: 10.1038/s41586-018-0397-3

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Zhang, J., Yue, L., Hu, P., Liu, Z., Qin, B., Zhang, B., et al. (2014). Вдохновленный Taichi твердый полимерный электролит с жесткой и гибкой связью на основе целлюлозы для высокоэффективных литиевых батарей. науч. Респ. 4:6272. дои: 10.1038/srep06272

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Чжан, К. К., Лю, К., Дин, Ф., и Лю, X. Дж. (2017). Последние достижения в области твердых полимерных электролитов для литиевых аккумуляторов. Нано рез. 10, 4139–4174. doi: 10.1007/s12274-017-1763-4

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чжан, X., Лю, Т., Чжан, С., Хуанг, X., Сюй, Б., Линь, Ю., и др. (2017). Синергетическая связь между Li 6.75 La 3 Zr 1,75 Ta 0,25 O 12 и поли(винилиденфторид) обеспечивает высокую ионную проводимость, механическую прочность и термическую стабильность твердых композиционных электролитов. Дж. Ам. хим. соц. 139, 13779–13785. doi: 10.1021/jacs.7b06364

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Чжан, X.-Q., Ченг, X.-B., и Чжан, Q. (2018). Улучшения в интерфейсах между литий-металлическим анодом и электролитом. Доп.Матер. Интерфейсы 5:1701097. doi: 10.1002/admi.201701097

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чжао Ю., Хуанг З., Чен С., Чен Б., Ян Дж., Чжан К. и др. (2016а). Перспективный гибридный электролит ПЭО/ЛАГП, полученный простым способом для полностью твердотельных литиевых аккумуляторов. Ионика твердого тела 295, 65–71. doi: 10.1016/j.ssi.2016.07.013

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чжао Ю., Ву С., Пэн Г., Чен С., Яо С., Бай, Ю., и др. (2016б). Новый твердополимерный электролит, включающий Li 10 GeP 2 S 12 в матрицу из полиэтиленоксида для полностью твердотельных литиевых батарей. Дж. Источники питания 301, 47–53. doi: 10.1016/j.jpowsour.2015.09.111

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чжао Ю., Чжан Ю., Госселинк Д., Доан Т. Н. Л., Садху М., Чеанг Х.-Дж. и др. (2012). Полимерные электролиты для литий-серных аккумуляторов. Мембраны 2, 553–564.doi: 10.3390/мембраны2030553

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Zhu, P., Yan, C., Dirican, M., Zhu, J., Zang, J., Selvan, R.K., et al. (2018). Li 0,33 La 0,557 TiO 3 композитные полимерные электролиты на основе полиэтиленоксида, усиленного керамическим нановолокном, для полностью твердотельных литиевых аккумуляторов. Дж. Матер. хим. А 6, 4279–4285. дои: 10.1039/c7ta10517g

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Гелевый полимерный электролит снижает риск возгорания аккумуляторов | Исследования

Исследователи из США разработали электролит для литий-ионных аккумуляторов, который не воспламеняется за счет объединения водного электролита с гелеобразным полимером, что позволяет обойти основные проблемы безопасности, связанные с обычными легковоспламеняющимися электролитами.

‘Обычный человек может иметь несколько литий-ионных аккумуляторов в устройствах, которые он использует каждый день. Высокая энергия и возможность перезарядки литий-ионных аккумуляторов произвели революцию в том, как мы используем электронику — представьте, если бы вам приходилось заряжать свой телефон каждые 10 часов или, что еще хуже, заменять аккумулятор каждые несколько дней», — говорит Константинос Герасопулос, руководитель команды Johns. Лаборатория прикладной физики Университета Хопкинса занимается разработкой нового электролита. «Но именно то, что обеспечивает такую ​​высокую энергию, делает их опасными.Если мы сможем устранить угрозы безопасности, связанные с литий-ионными батареями, мы сможем изменить способ их использования в электронных устройствах».

По сравнению с легковоспламеняющимися органическими растворителями, обычно используемыми в электролитах аккумуляторов, вода по своей природе безопасна, но использование водных альтернатив не всегда возможно из-за нестабильности воды по отношению к типичным аккумуляторным электродам. Однако вода в соли и другие концентрированные водные электролиты в последние годы привлекли значительное внимание из-за их стабильности в окружающей среде.

Группа Герасопулоса сделала еще один шаг вперед, внедрив водный электролит, содержащий высокую концентрацию двух солей лития, растворенных в воде (электролит вода-в-бисоли), в полимерную матрицу, чтобы полностью удалить жидкий компонент. Это резко снижает вероятность воспламенения электролита и повышает его электрохимическую стабильность, что является важным шагом на пути к достижению стабильности по напряжению органических электролитов.

Чтобы проверить производительность и стабильность своего нового электролита, компания Gerasopoulos подвергла как электролит, так и свою гибкую литий-ионную аккумуляторную систему ряду испытаний.«Ключевыми свойствами, которые мы изучали на уровне материала, были термическая и электрохимическая стабильность, механические свойства и ионная проводимость. Мы провели более 100 экспериментов с полной ячейкой для изучения емкости, срока службы и эффективности», — объясняет он. «Мы даже сообщили об испытании, в котором мы запустили аккумулятор в обычных лабораторных условиях, затем сожгли его горелкой при включении вентилятора, а затем возобновили испытание, отрезав сгоревшую часть. Аккумулятор продолжал работать несколько дней».

«Представьте себе такую ​​батарею в интеллектуальных носимых устройствах, таких как предмет одежды, подверженный механическим нагрузкам, — комментирует химик по материалам Сьюзан Одом из Университета Кентукки, США. — Наличие этого полимерного электролита в качестве гибкой структурной опоры может улучшить долговечность литий-ионных аккумуляторов для этих целей.

Чибуезе Аманчукву, инженер-молекулярист, разрабатывающий новые электролиты в Чикагском университете, США, выдвигает гипотезу о том, что электролиты вода-в-соли, инкапсулированные в гель, могут применяться для электрокатализа, где «расширение окна электрохимической стабильности и ограничение реакции выделения водорода является первостепенное». Однако у него есть опасения по поводу коммерциализации таких электролитов: «В настоящее время соль является самым дорогим компонентом электролита. Для систем «вода-в-соли» требуется большое количество соли, что означает высокую стоимость.’

Заряженных электромобилей | Новый твердый полимерный электролит удваивает скорость потока протонов

Инженеры из Университета Пенсильвании и Университета Флориды недавно совершили прорыв в разработке твердых полимерных электролитов (ТФЭ). Современные жидкие электролиты требуют толстых и тяжелых корпусов, чтобы предотвратить утечку и возгорание из-за проколов, что увеличивает их объем и вес. SPE решают многие из этих проблем, но до недавнего времени они не были хорошо изучены. После углубленного исследования университеты создали полимеры , которые, по их словам, тоньше, легче и безопаснее, чем другие альтернативы.Новые материалы также обеспечивают более быструю перезарядку благодаря новой конструкции, которая увеличивает поток протонов через полимер.

Традиционная батарея имеет электролит, который позволяет протонам передаваться между анодом и катодом батареи. Чтобы электроны не обошли свою цепь, между клеммами используется барьер. При использовании с водой ТФЭ может функционировать как комбинация электролит-барьер, поскольку она проницаема для протонов, но не для электронов.

Один из популярных ТФЭ, Нафион, представляет собой фторированный полимер с несколькими ответвлениями групп сульфоновой кислоты.Эти кислотные группы притягивают воду и позволяют протонам перемещаться по полимеру. К сожалению, молекулярная структура полимера очень нерегулярна, а это означает, что протоны должны совершать трудный путь между терминалами. Новое исследование позволило создать регулярные слоистые каналы, которые удваивают скорость потока протонов. «Это как супермагистрали по сравнению с проселочными дорогами Прованса, — говорит руководитель исследования Карен И. Уайни. Аккумулятор, созданный из нового материала, тоньше и безопаснее большинства жидкостных систем.Кроме того, повышенная скорость переноса протонов означает, что зарядка будет намного быстрее, чем у других SPE. Это исследование является одним из многих подходов к устранению недостатков жидких электролитов и современных ТФЭ.

«Точный синтез был одной из самых сложных задач в науке о полимерах, и эта замечательная работа демонстрирует, как он может открыть двери для новых многообещающих материалов», — говорит Линда Сапочак, директор отдела исследования материалов Национального научного фонда.

 

Источник: Medium

Инженеры разрабатывают новый твердый полимерный электролит, прокладывая путь к более безопасным и компактным батареям и топливным элементам

Новая структура исследователей самособирается в форме шпильки, в результате чего образуются покрытые кислотой каналы, обеспечивающие эффективный транспорт протонов через электролит.Кредит: Природные материалы

Топливные элементы и батареи вырабатывают электричество, генерируя и направляя положительно заряженные ионы от положительного к отрицательному выводу, что высвобождает отрицательно заряженные электроны для питания мобильных телефонов, автомобилей, спутников или всего, к чему они подключены. Критической частью этих устройств является барьер между этими терминалами, который должен быть разделен для прохождения электричества.

Усовершенствования этого барьера, известного как электролит, необходимы для того, чтобы сделать накопители энергии тоньше, эффективнее, безопаснее и быстрее перезаряжаться.Обычно используемые жидкие электролиты громоздки и склонны к короткому замыканию, а в случае прокола они могут представлять опасность возгорания или взрыва.

Исследования, проведенные инженерами Пенсильванского университета, предлагают другой путь вперед: новый и универсальный тип твердого полимерного электролита (ТФЭ), который имеет вдвое большую протонную проводимость, чем современный современный материал. Такие ТФЭ в настоящее время используются в топливных элементах с протонообменной мембраной, но новая конструкция исследователей также может быть адаптирована для работы с литий-ионными или натрий-ионными батареями, используемыми в бытовой электронике.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Materials , было проведено под руководством Карен И. Вайни, научного сотрудника Фонда Тауэрбрук, профессора и заведующего кафедрой материаловедения и инженерии, и Эдварда Б. Тригга, в то время докторанта в ее лаборатории. Деми Э. Моэд, студентка лаборатории Winey, была соавтором.

Они сотрудничали с Кеннетом Б. Вагенером, Джорджем Б. Батлером, профессором химии полимеров в Университете Флориды в Гейнсвилле, и Тейлором У.Гейнс, аспирант в своей группе. В этом исследовании также участвовали Марк Дж. Стивенс из Национальной лаборатории Сандия, а также Мануэль Марешаль и Патрис Ранну из Французского национального центра научных исследований, Французской комиссии по альтернативным источникам энергии и атомной энергии и Университета Гренобль-Альп.

Уже существует множество SPE. Нафион, который широко используется в топливных элементах с протонообменной мембраной, представляет собой лист гибкого пластика, проницаемого для протонов и непроницаемого для электронов.После поглощения воды протоны могут течь по микроскопическим каналам, пронизывающим пленку.

Тонкий ТФЭ, такой как Нафион, особенно привлекателен для топливных элементов в аэрокосмической технике, где на счету каждый килограмм. Большая часть портативных аккумуляторов изготовлена ​​из экранов, предназначенных для защиты жидких электролитов от проколов. Системы, использующие жидкие электролиты, должны располагать электроды дальше друг от друга, чем их аналоги с твердым электролитом, поскольку накопление металла на электродах может в конечном итоге пересечь канал и вызвать короткое замыкание.

Nafion решает эти проблемы, но есть еще много возможностей для улучшения.

«Нафион — это что-то вроде счастливой случайности», — говорит Уайни. «Его структура была предметом споров на протяжении десятилетий и, вероятно, никогда не будет полностью понята или проконтролирована».

Нафион трудно изучать, потому что его структура случайна и беспорядочна.Этот фторированный полимер иногда разветвляется на боковые цепи, которые заканчиваются группами сульфоновой кислоты. Именно эти сульфокислоты втягивают воду и образуют каналы, которые обеспечивают перенос протонов с одной стороны пленки на другую. Но поскольку эти боковые цепи расположены в случайных положениях и имеют разную длину, образующиеся в результате каналы через неупорядоченный полимер представляют собой извилистый лабиринт, по которому транспортируются ионы.

Стремясь прорваться сквозь этот лабиринт, группа Уайни недавно совместно со Стивенсом открыла новую транспортирующую протон структуру, состоящую из упорядоченных слоев.Эти слои имеют множество параллельных кислотных каналов, по которым могут быстро течь протоны.

Неупорядоченная структура нафиона (слева) означает, что путь протонов через электролит трудно предсказать или контролировать. Новая структура исследователей, право, обеспечивает более прямой путь. Кредит: иллюстрация Nafion, адаптированная из Kreuer. Дж., член. науч. 2001, 185, 29–39, рис. 2

«Это как супермагистрали по сравнению с проселочными дорогами Прованса, — говорит Уайни.

Эта новая структура является результатом особого пути химического синтеза, разработанного группой Вагенера в Университете Флориды. Этот путь равномерно размещает кислотные группы вдоль цепи полимера, так что расстояние между функциональными группами достаточно велико для кристаллизации. Самый подробный структурный анализ на сегодняшний день был проведен на полимере, в котором ровно 21 атом углерода между группами карбоновой кислоты, полимере, который десять лет назад положил начало сотрудничеству между Пенсильванией и Флоридой.

В то время как группа Вини и Стивенс разрабатывали структуру и отмечали ее потенциал для переноса ионов, группа Вагенера работала над включением групп сульфоновой кислоты, чтобы продемонстрировать разнообразие химических групп, которые могут быть присоединены к полиэтиленам.Обе команды поняли, что для протонной проводимости потребуется более сильная кислота.

«Точное размещение групп сульфоновой кислоты вдоль полиэтилена оказалось нашей самой большой синтетической задачей», — говорит Вагенер. «Успех, наконец, случился в руках Тейлора Гейнса, который разработал схему, которую мы называем «от гетерогенного до гомогенного снятия защиты» эфира группы сульфоновой кислоты. Именно этот синтетический процесс, наконец, привел к образованию прецизионных полимеров сульфоновой кислоты».

Подробности этого процесса также были недавно опубликованы в журнале Macroмолекулярной химии и физики.

С цепями, образующими серию шпилек с группой сульфоновой кислоты на каждом витке, полимер собирается в упорядоченные слои, образуя прямые каналы вместо извилистого лабиринта, как в Нафионе.

Буквально есть еще кое-какие недоработки. Следующий шаг группы — ориентировать эти слои в одном направлении по всему фильму.

«Мы уже вдвое быстрее, чем Nafion, но могли бы быть еще быстрее, если бы выровняли все эти слои прямо поперек мембраны электролита», — говорит Вини.

Помимо улучшения топливных элементов, где в настоящее время используется нафион, индуцированные кристаллизацией слои, описанные в исследовании исследователей, могут быть расширены для работы с функциональными группами, совместимыми с другими видами ионов.

«Улучшение протонной проводимости, безусловно, ценно, но я думаю, что универсальность нашего подхода — это то, что в конечном счете важнее всего», — говорит Уини. «До сих пор нет достаточно хорошего твердого электролита для лития или гидроксида, другого распространенного иона топливных элементов, и все, кто пытается разработать новые ТФЭ, используют совсем другой подход, чем наш.»

Аккумуляторы для мобильных телефонов, изготовленные с использованием этого типа ТФЭ, могут быть тоньше и безопаснее, а ионные каналы в стиле супермагистралей, включенные в конструкцию исследователей, перезаряжаются намного быстрее.

«Точный синтез был одной из самых сложных задач в науке о полимерах, и эта замечательная работа демонстрирует, как он может открыть двери для новых многообещающих материалов», — говорит Линда Сапочак, директор отдела исследования материалов Национального научного фонда. «NSF рад видеть, что его поддержка в обоих университетах для этого интеграционного сотрудничества привела к синергетическому прорыву.»


Пористые соли для топливных элементов
Дополнительная информация: Эдвард Б. Тригг и др. Самособирающиеся высокоупорядоченные кислотные слои в точно сульфированном полиэтилене обеспечивают эффективный перенос протонов, Nature Materials (2018).DOI: 10.1038/s41563-018-0097-2

Тейлор В. Гейнс и др. Прецизионные полиолефины сульфоновой кислоты путем снятия защиты от гетерогенной до гомогенной, , макромолекулярная химия и физика, (2018). DOI: 10.1002/macp.201700634

Предоставлено Пенсильванский университет

Цитата : Инженеры разрабатывают новый твердый полимерный электролит, прокладывая путь к более безопасным и компактным батареям и топливным элементам (31 мая 2018 г.) получено 17 апреля 2022 г. с https://физ.org/news/2018-05-solid-polymer-electrolyte-paving-safe.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Ученые используют гелеобразный полимерный электролит для высокопроизводительных магниевых батарей

Схематическая диаграмма структуры и областей применения [email protected] Кредит: Д.Ю.

Электронные продукты, электромобили и крупномасштабные накопители энергии, тесно связанные с человеческой жизнью, создают постоянно растущий спрос на перезаряжаемые батареи.

Литий-ионные аккумуляторы

, которые широко используются в настоящее время, не обладают хорошими показателями плотности энергии и безопасности. Что касается перезаряжаемых металлических магниевых (Mg) батарей, разработанных позже, отсутствие магниевых электролитов, способных эффективно покрывать/извлекать Mg, препятствовало их практическому развитию.

Недавно исследовательская группа под руководством профессора Цуй Гуанлей из Циндаоского института биоэнергетики и технологии биопроцессов (QIBEBT) Китайской академии наук использовала новый гель-полимерный электролит с жесткой и гибкой связью ([электронная защищена]), который в сочетании со значительно улучшенная общая производительность.Он был синтезирован с помощью реакции сшивки in situ между боргидридом магния и политетрагидрофураном с концевыми гидроксильными группами.

За последние несколько десятилетий, хотя был достигнут прогресс в использовании жидких электролитов Mg, способных к обратимому осаждению Mg, жидкие электролиты по-прежнему создают проблему летучести и воспламеняемости.

По сравнению с жидкими электролитами полимерные электролиты имеют ряд преимуществ, в том числе: отсутствие внутреннего короткого замыкания; отсутствие утечки электролита; простота изготовления; и гибкость конструкции.

Этот гелеобразный полимерный электролит демонстрирует обратимые характеристики покрытия/зачистки Mg, высокую проводимость ионов Mg и замечательное число переноса ионов Mg. Аккумуляторы Mg, собранные с этим гелевым полимерным электролитом, не только хорошо работают в широком диапазоне температур (от -20 до 60 °C), но также демонстрируют беспрецедентные улучшения в вопросах безопасности, не страдая от внутреннего короткого замыкания даже после испытания на резку.

Этот подход сшивания in situ к использованию электролита на основе Mg-полимера обеспечивает многообещающую стратегию для достижения крупномасштабного применения аккумуляторов на основе Mg-металла.

Топливные элементы с полимерно-электролитной мембраной (PEM) | Топливные элементы с протонно-обменной мембраной (PxM)

Топливные элементы с полимерно-электролитной мембраной (PEM), также называемые топливными элементами с протонообменной мембраной, обеспечивают высокую удельную мощность и обладают преимуществами малого веса и объема по сравнению с другими топливными элементами. Топливные элементы с полимерной электролитной мембраной используют твердый полимер в качестве электролита и пористые углеродные электроды, содержащие платиновый катализатор. Для работы им нужен только водород, кислород из воздуха и вода, и им не нужны агрессивные жидкости, как некоторым топливным элементам.Как правило, они работают на чистом водороде, поступающем из резервуаров для хранения или бортовых установок риформинга.

Концепция технологии топливных элементов

Анод (отрицательный электрод) получает водород, а катод (положительный электрод) собирает кислород. Технология топливных элементов в два раза эффективнее сжигания в превращении углеродного топлива в энергию. Водород, простейший химический элемент (один протон и один электрон), широко распространен и исключительно чист в качестве топлива. Водород составляет 90 процентов Вселенной и является третьим по распространенности элементом на поверхности Земли.Такое изобилие топлива обеспечило бы почти неограниченный запас чистой энергии по относительно низкой цене. Но есть загвоздка.

В большинстве видов топлива водород связан с другими веществами, и «высвобождение» газа требует энергии. С точки зрения низшей теплотворной способности (NCV) производство водорода обходится дороже, чем бензина. Некоторые говорят, что водород почти энергетически нейтрален , а это означает, что для его производства требуется столько энергии, сколько он доставляет в конечный пункт назначения.

История топливных элементов

Сэр Уильям Гроув, валлийский судья и ученый-джентльмен, разработал концепцию топливных элементов в 1839 году, но это изобретение так и не стало популярным.Это было во время разработки двигателя внутреннего сгорания, который показал многообещающие результаты. Лишь в 1960-х годах топливный элемент был использован на практике во время космической программы «Джемини». НАСА предпочло этот чистый источник энергии атомной или солнечной энергии. Выбранная система на щелочных топливных элементах вырабатывала электричество и производила питьевую воду для космонавтов.

Высокие материальные затраты сделали топливный элемент неприемлемым для коммерческого использования. Сердцевина топливного элемента (блок) стоит дорого и имеет ограниченный срок службы.Сжигание ископаемого топлива в двигателе внутреннего сгорания — самый простой и эффективный способ использования энергии, но он загрязняет окружающую среду.

Высокая стоимость не помешала покойному Карлу Кордешу, одному из изобретателей щелочной батареи, в начале 1970-х переоборудовать свой автомобиль на щелочные топливные элементы. Он установил водородный бак на крышу, а топливный элемент и резервные батареи разместили в багажнике. По словам Кордеша, места хватило на четырех человек и собаку. Он много лет ездил на своей машине в Огайо, США, но единственная проблема, как сказал мне лично Кордеш, заключалась в том, что машина не прошла техосмотр, потому что у нее не было выхлопной трубы.

Топливный элемент с полимерно-электролитной мембраной (PEM) Технология:

Топливные элементы с мембраной из полимерного электролита работают при относительно низких температурах, около 80°C (176°F). Низкотемпературная работа позволяет им быстро запускаться (меньшее время прогрева) и приводит к меньшему износу компонентов системы, что увеличивает срок службы. Однако для разделения электронов и протонов водорода требуется катализатор из благородного металла (обычно платина), что увеличивает стоимость системы.

Платиновый катализатор также чрезвычайно чувствителен к отравлению угарным газом, что делает необходимым использование дополнительного реактора для снижения содержания СО в топливном газе, если водород получают из спиртового или углеводородного топлива. Это также увеличивает стоимость. В настоящее время разработчики изучают платино-рутениевые катализаторы, более устойчивые к CO.

Мембраны топливных элементов

Чтобы топливный элемент PEM работал, необходима протонообменная мембрана, которая будет переносить ионы водорода, протон, от анода к катоду, не пропуская электроны, которые были удалены из атомов водорода.Эти полимерные мембраны, которые проводят протоны через мембрану, но достаточно непроницаемы для газов, служат в качестве твердых электролитов (в отличие от жидких электролитов) для различных электрохимических применений и широко известны как мембраны протонного обмена и/или полимерно-электролитные мембраны (ПЭМ). .

В топливных элементах и ​​электролизерах с ПОМ мембрана из полимерного электролита помещается между анодным электродом и катодным электродом. Во время электрохимической реакции реакция окисления на аноде генерирует протоны и электроны; реакция восстановления на катоде объединяет протоны и электроны с окислителями с образованием воды.Для завершения электрохимической реакции решающую роль играет протонообменная мембрана, которая проводит протоны от анода к катоду через мембрану. Протонообменная мембрана также служит сепаратором для разделения анодных и катодных реагентов в топливных элементах и ​​электролизерах.

Типы мембран топливных элементов

  1. Катионообменная мембрана (CEM)
  2. Анионообменная мембрана (АЕМ)
  3. Биполярная мембрана

В чем разница между катионообменными и анионообменными мембранами? Катионообменные мембраны

(CEM) обычно состоят из фторированного полимера с центрами сульфоновой кислоты и обладают превосходной ионной проводимостью и термической/химической стойкостью.Производимые в настоящее время анионообменные мембраны (AEM) могут использовать различные устойчивые к щелочи полимерные материалы в качестве материала-хозяина и поставляются с различными функциональными участками, которые проводят OH- или любые другие анионные частицы. Термическая/химическая стойкость AEM в целом ниже, чем у CEM-аналогов.

Применение топливных элементов PEM: Топливные элементы

PEM используются в основном для транспортных средств и некоторых стационарных приложений. Благодаря малому времени запуска, низкой чувствительности к ориентации и благоприятному соотношению мощности к весу топливные элементы PEM особенно подходят для использования в пассажирских транспортных средствах, таких как автомобили и автобусы.

Недостатки топливных элементов:

Топливный элемент PEM с риформером метанола — система топливных элементов с протонообменной мембраной, устойчивой к CO — бортовой процессор топливных элементов — жидкое топливо более высокой плотности

Существенным препятствием для использования этих топливных элементов в транспортных средствах является хранение водорода. Большинство транспортных средств на топливных элементах (FCV), работающих на чистом водороде, должны хранить водород на борту в виде сжатого газа в баках под давлением. Из-за низкой плотности энергии водорода трудно хранить достаточное количество водорода на борту, чтобы транспортные средства могли преодолевать такое же расстояние, как и автомобили с бензиновым двигателем, до дозаправки, обычно 300–400 миль.

Жидкие виды топлива с более высокой плотностью, такие как метанол, этанол, природный газ, сжиженный нефтяной газ и бензин, могут использоваться в качестве топлива, но транспортные средства должны иметь встроенный топливный процессор для преобразования метанола в водород. Это требование увеличивает затраты и техническое обслуживание. Реформер также выделяет углекислый газ (парниковый газ), хотя и меньше, чем выбросы современных бензиновых двигателей.

Портативные топливные элементы будущего

Портативные топливные элементы привлекли внимание, и наиболее многообещающей разработкой является топливный элемент для прямого метанола .Этот небольшой блок недорог в производстве, удобен в использовании и не требует газообразного водорода под давлением. Топливный элемент на метаноле обладает хорошими электрохимическими характеристиками, а заправка осуществляется путем впрыскивания жидкости или замены картриджа. Это позволяет продолжать работу без простоев.

Производители признают, что прямая замена аккумуляторов топливными элементами займет годы. Чтобы восполнить этот пробел, микротопливный элемент служит зарядным устройством для обеспечения непрерывной работы бортовой батареи.Кроме того, метанол токсичен и легко воспламеняется, и существуют ограничения на количество топлива, которое пассажиры могут перевозить в самолете. В 2008 году Министерство транспорта издало постановление, разрешающее пассажирам и членам экипажа перевозить одобренный топливный элемент с установленным метанольным картриджем и до двух дополнительных запасных картриджей по 200 мл.