Ekologiskt litiumhybridbatteri
Organiska litiumhybridbatterier är en energilagringsenhet som kombinerar litium med en organisk polymer . Till exempel kan polyanilinvanadin (V) oxid (PAni/V2O5 ) inkorporeras i nitroxidpolymer litiumjärnfosfatbatteriet , PTMA/ LiFePO4 . Tillsammans förbättrar de litiumjoninlagringskapaciteten, cykellivslängden, elektrokemiska prestanda och ledningsförmåga hos batterier.
PAni/V2O5
Oxider , liksom V 2 O 5 , används som katoder i uppladdningsbara litiumbatterier . Kristallin V 2 O 5 har en svagare laddningsbarhet eller cyklerbarhet än amorf V 2 O 5 eftersom kristallstrukturen skadas under urladdnings-/laddningscykler. Emellertid tillåter amorfa oxider, i synnerhet V2O5- xerogelen , litiumjoner att diffundera snabbare och har därmed en bättre cyklerbarhet . Hybrid bildas genom att kombinera en ledande organisk polymer (t.ex. polyanilin ) med en oxid (t.ex. V 2 O 5 ).
av V2O5 - . geler framställs med användning jonbytesmetoden Vanadin (V) polymeriserar anilin. Före syntes av ett hybridbatteri, potentiometrisk titrering av V 2 O 5 gel med utförs; detta bestämmer mängden V(V) som finns i gelén. Anilinlösning tillsätts långsamt till gel. Följande procedur visas i figur 3.
V 2 O 5 används på grund av dess höga specifika kapacitet, höga termiska stabilitet och höga strukturella flexibilitet med litium. Upp till tre mol litiumjoner kan tillsättas i V 2 O 5 -gittret för att skapa olika strukturer. Strukturerna som skapas ger hybriden lång batteritid. Emellertid interkalationskapaciteten på den måttliga elektriska ledningsförmågan och låga diffusionskoefficienten för litiumjonerna i vanadinoxidmatrisen.
Polyanilin framställs lätt för att ha kontrollerade strukturella och elektroniska egenskaper. Polyanilin eliminerar det koordinerade vattnet i V 2 O 5 xerogelen, så att fler litiumjoner kan integreras i strukturen. Den organiska delen av PAni/V2O5 - hybriden bryts ned med temperaturökningen .
V(V) reduceras till V(IV), och anilin oxideras till polyanilin. Återoxidering av V(IV) till ett högre oxidationstillstånd av V(V) ökar initial cellspänning och specifik kapacitet. Eftersom polyanilin är en elektrokemiskt aktiv komponent förbättrar den hybridmaterialets specifika laddning. [ citat behövs ] Att kombinera polyanilin med V 2 O 5 ger en större specifik laddningsskillnad. Alltså ett större totalkapacitetsbidrag än enbart V2O5 . Dessutom har hybriden en högre specifik kapacitet än den för V2O5 - xerogelen . Elektrisk ledningsförmåga är så hög som 0,09 S/cm i 15 dagar.
Som ett resultat är PAni/V 2 O 5 hybrid ett ledande nätverk och ett elektroaktivt material i kompositerna, vilket förbättrar det elektrokemiska beteendet. Det förhindrar också de irreversibla strukturella förändringar som görs av redoxcykling när litiumjonerna kommer in i gittret. Dessutom har denna hybrid också en hög specifik kapacitet och förbättrad cyklbarhet utan att kapaciteten försämras.
PTMA/LiFePO 4
PTMA är en organisk nitroxidradikalelektrodaktiv polymer och LiFePO 4 är det oorganiska elektrodaktiva materialet . PTMA används för att den har hög kapacitet och lång livslängd. För att syntetisera organiska radikal-oorganiska hybridelektroder måste elektrodmiljöerna för varje komponent optimeras. PTMA och LiFePO 4 kombinerades med hela PTMA- och LiFePO 4 -elektroder med olika viktförhållanden: 25/75, 50/50 och 75/25.
Cellen preparerades genom att använda en arbetselektrod för att montera en halvcellskonfiguration torr handskbox med Li-metall som en anod , etylkarbonat/dimetylkarbonat som en elektrofil och ett Celgard 3501- membran som en separator. Med användning av Arbin BT-200 Battery Tester, cyklades cellen elektrokemiskt vid rumstemperatur. utfördes cyklisk voltammetri och elektrokemisk impedansspektroskopi av celler. Ett elektronmikroskop för avsökning av fokusjonstrålar användes för att bestämma elektrodernas morfologi före och efter höghastighetspulsurladdningscykeln ( HRPD) .
Efter testning ger ren PTMA- och LiFePO 4 -elektrod en skarp redoxtopp och minskar spänningsgapet mellan oxidation och reduktion. Därför förbättrar PTMA och LiFePO 4 hastigheten och reversibiliteten för redoxparen. Dessutom har hybridkatoderna ett lägre laddningsöverföringsmotstånd, vilket möjliggör lättare migrering av Li-joner genom elektrodgränssnittet. Dessutom har PTMA/LiFePO 4 en längre livscykel jämfört med rena LiFePO 4- eller PTMA-system.