NaTFSI基聚合物电解质在固态钠电池中有潜在的应用价值

2022-05-07 15:01:00
何妍
原创
277
摘要:NaTFSI基SPE在钠电池中具有潜在的应用价值。

  近年来,随着化石燃料的大规模使用,不仅使其储量日益紧缺,而且造成了严重的环境污染等问题。因此发展清洁能源(太阳能、风能和潮汐能等)已成为人们关注的热点,但是因太阳能、风能和潮汐能等清洁能源的发展受到时间和空间上的限制,急需高效率和稳定的储能系统来提高其使用效率。锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长、自放电率低和无记忆效应等方面的显著优势倍受青睐 ,但由于便携式器件和电动汽车等市场对其大量的需求,已使锂的价格上涨。钠具备与锂类似的物理和化学性质,且钠资源丰富和成本低廉 。因此发展钠离子电池来缓解消费市场对大规模储能的需求将是一个较佳的选择。但是 因为该液态电解质存在易泄露、易燃烧等缺点,有一定的 安全隐患。解决 有机液态电解质安全问题的一种可靠、有效的方法是发展固态聚合物电解质(Solid Polymer Electrolyte,SPE)。 SPE具有体积利用率高、成膜性好、质量轻以及制备工艺简单等优点,同时能克服有机液态电解质易泄漏、反应活性高和安全性差等缺点。因为 SPE在钠电池中的研究仍处于早期阶段。所以 ,开发出一种合适的SPE来加速固态钠电池的发展是一个很好的选择研究的方向。

  图a 对比了纯PEO、 NaTFSINaTFSI/PEO ([EO]/[Na + ] = 15)SPE的DSC曲线。如图a 所示, NaTFSI/PEO SPE的熔点( T m1  = 41.6 ℃和 T m2  = 62.5 ℃)和熔化焓值(∆ H m  = 57.8 J·g -1 ,表1 )分别明显低于纯PEO的熔点( T m  = 72.1 ℃)和熔化焓值(∆ H m  = 147.8 J·g -1 ,表1 )。表明NaTFSI和PEO共混可以降低结晶区PEO的含量,有利于促进PEO的链段运动,从而提高 电导率 3 图b 比较了纯PEO和NaTFSI/PEO ([EO]/[Na + ] = 15) SPE的XRD曲线。如图b 所示,纯PEO在2 θ 为19.2°和23.3°处出现两组明显的特征衍射峰,表明纯PEO具有较高的 结晶度 12 此外, NaTFSI/PEO SPE的两组特征衍射峰强度低于纯PEO的两组特征衍射峰强度,这与DSC测试结果相吻合(表1 )。图c 对比展示了纯PEO、 NaTFSINaTFSI/PEO ([EO]/[Na + ] = 15) SPE的TGA曲线。由图c 可知,纯PEO、 NaTFSI和NaTFSI/PEO SPE的热分解温度( T d )都高达350 ℃,满足对钠电池热稳定性的应用要求。由此可见,该 NaTFSI基SPE在钠电池中具有潜在的应用价值。













  (a)纯PEO、NaTFSI和NaTFSI/PEO ([EO]/[Na +] = 15)固态聚合物电解质的差式扫描量热曲线;(b)纯PEO和NaTFSI/PEO ([EO]/[Na +] = 15)固态聚合物电解质的X射线衍射曲线;(c)纯PEO、NaTFSI和NaTFSI/PEO ([EO]/[Na +] = 15)固态聚合物电解质的热重曲线

 












图a为NaTFSI/PEO ([EO]/[Na + ] = 15) SPE的电导率随温度的变化关系曲线图。如图a 所示,NaTFSI/PEO SPE的电导率随温度升高而增加,且该NaTFSI基SPE在80 ℃时的电导率能够达到9.15 × 10 -4  S·cm -1 。值得一提的是,该NaTFSI基SPE的电导率在60 ℃左右呈现出一个拐点,这主要归因于结晶区PEO的熔化 所致 2 ,该结论与DSC相变曲线的结果基本一致(图a )。图b 为NaTFSI/PEO ([EO]/[Na + ] = 15) SPE的线性扫描伏安曲线图。由图b 可知,NaTFSI/PEO SPE的氧化分解电位为4.86 V ( vs Na + /Na),表明该NaTFSI基SPE能够满足4 V级钠电池的应用要求。













(a) NaTFSI/PEO ([EO]/[Na +] = 15)固态聚合物电解质的电导率随温度的变化关系曲线;(b) NaTFSI/PEO ([EO]/[Na +] = 15)固态聚合物电解质的线性扫描伏安曲线

参考文献

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