Forscher entwickeln Soft Co

May 01, 2023

Forscher unter der Leitung eines Teams der Temple University haben einen weichen Festelektrolyten – (Adpn)2LiPF6 (Adpn, Adiponitril) – entwickelt, der eine hohe thermische und elektrochemische Stabilität sowie eine gute Ionenleitfähigkeit aufweist und damit mehrere Einschränkungen herkömmlicher organischer und keramischer Materialien überwindet. Ein Artikel über ihre Arbeit ist in Nature Materials veröffentlicht.

Adiponitril ist eine organische Verbindung, die eine wichtige Vorstufe des Polymers Nylon 66 darstellt.

Die Oberfläche des Elektrolyten verfügt über eine flüssige Nanoschicht aus Adpn, die die Körner für eine einfache Ionenleitung ohne Hochdruck-/Temperaturbehandlungen verbindet. Das Material kann sich bei Bruch schnell selbst heilen und bietet flüssigkeitsähnliche Leitungspfade über die Korngrenzen.

Kristallstruktur des weichen, festen cokristallinen (Adpn)2LiPF6-Elektrolyten a. Darstellung der Grundstruktureinheit von (Adpn)2LiPF6 mit vierfach koordinierten Li⁺-Ionen mit vier Adpn-Molekülen, die jeweils ein zweites symmetrieäquivalentes Li-Atom haben; PF6⁻-Anionen besetzen die verfügbaren Zwischenräume in der Kristallstruktur. Grau, C; gelb, Li; blau, N; rot, P; orange, F.; Das farbige Feld zeigt die Abmessungen der Elementarzelle. rot, a-kristallographische Richtung; blau, c-kristallographische Richtung. b, Packungsdiagramm von (Adpn)2LiPF6, das die Kanäle von Li⁺-Ionen in der Matrix mit niedriger Affinität in der Kristallstruktur zeigt. Prakash et al.

Aufgrund schwacher Wechselwirkungen zwischen „harten“ (ladungsdichten) Li+-Ionen und den „weichen“ (elektronisch polarisierbaren) Ionen werden eine wesentlich hohe Ionenleitfähigkeit (~10−4 S cm–1) und eine Lithium-Ionen-Übertragungszahl (0,54) erzielt. C≡N-Gruppe von Adpn.

Molekulare Simulationen sagen voraus, dass Li+-Ionen an den Co-Kristall-Korngrenzen mit einer (vorzugsweise) niedrigeren Aktivierungsenergie Ea und innerhalb der interstitiellen Bereiche zwischen den Co-Kristallen mit höheren Ea-Werten wandern, wo die Massenleitfähigkeit einen kleineren, aber vorhandenen Beitrag leistet.

Diese Co-Kristalle stellen ein spezielles Konzept des Kristalldesigns dar, um die thermische Stabilität von LiPF6 durch die Trennung von Ionen in der Adpn-Lösungsmittelmatrix zu erhöhen, und weisen außerdem einen einzigartigen Mechanismus der Ionenleitung über Korngrenzen mit niedrigem Widerstand auf, der im Gegensatz zu Keramik oder Gelelektrolyten steht .

Ressourcen

Prakash, P., Fall, B., Aguirre, J. et al. (2023) „Ein weicher cokristalliner Festelektrolyt für Lithium-Ionen-Batterien.“ Nat. Mater. 22, 627–635 doi: 10.1038/s41563-023-01508-1

Gepostet am 08. Mai 2023 in Batterien, Markthintergrund, Festkörperbatterien | Permalink | Kommentare (0)