ماخذ: نئی توانائی کے رہنما، کی طرف سے
خلاصہ: فی الحال، تجارتی لتیم آئن بیٹری الیکٹرولائٹ میں لتیم نمکیات بنیادی طور پر LiPF6 ہیں اور LiPF6 نے الیکٹرولائٹ کو بہترین الیکٹرو کیمیکل کارکردگی دی ہے، لیکن LiPF6 میں تھرمل اور کیمیائی استحکام خراب ہے، اور پانی کے لیے بہت حساس ہے۔
اس وقت تجارتی لتیم آئن بیٹری الیکٹرولائٹ میں لتیم نمکیات بنیادی طور پر LiPF6 ہیں اور LiPF6 نے الیکٹرولائٹ کو بہترین الیکٹرو کیمیکل کارکردگی دی ہے۔تاہم، LiPF6 میں تھرمل اور کیمیائی استحکام خراب ہے، اور یہ پانی کے لیے بہت حساس ہے۔H2O کی تھوڑی مقدار کے عمل کے تحت، تیزابی مادے جیسے HF گل جائیں گے، اور پھر مثبت مواد کو زنگ آلود کر دیا جائے گا، اور منتقلی دھاتی عناصر تحلیل ہو جائیں گے، اور منفی الیکٹروڈ کی سطح SEI فلم کو تباہ کرنے کے لیے منتقل ہو جائے گی۔ ، نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ SEI فلم مسلسل بڑھ رہی ہے، جو لتیم آئن بیٹریوں کی صلاحیت میں مسلسل کمی کا باعث بنتی ہے۔
ان مسائل پر قابو پانے کے لیے، لوگوں نے امید ظاہر کی ہے کہ زیادہ مستحکم H2O اور بہتر تھرمل اور کیمیائی استحکام کے ساتھ imide کے لتیم نمکیات، جیسے LiTFSI، lifsi اور liftfsi، لاگت کے عوامل اور لتیم نمکیات کی anions کی وجہ سے محدود ہیں۔ جیسا کہ LiTFSI کو ال فوائل وغیرہ کے سنکنرن کے لیے حل نہیں کیا جا سکتا، LiTFSI لتیم نمک کو عملی طور پر لاگو نہیں کیا گیا ہے۔حال ہی میں، جرمن HIU لیبارٹری کے VARVARA sharova نے imide لتیم نمکیات کو الیکٹرولائٹ ایڈیٹیو کے طور پر استعمال کرنے کا ایک نیا طریقہ تلاش کیا ہے۔
لی-آئن بیٹری میں گریفائٹ منفی الیکٹروڈ کی کم صلاحیت اس کی سطح پر الیکٹرولائٹ کے گلنے کا باعث بنے گی، جس سے گزرنے والی تہہ بن جائے گی، جسے SEI فلم کہا جاتا ہے۔SEI فلم الیکٹرولائٹ کو منفی سطح پر گلنے سے روک سکتی ہے، لہذا SEI فلم کا استحکام لتیم آئن بیٹریوں کے سائیکل استحکام پر ایک اہم اثر رکھتا ہے۔اگرچہ لتیم نمکیات جیسے LiTFSI کو تھوڑی دیر کے لیے کمرشل الیکٹرولائٹ کے محلول کے طور پر استعمال نہیں کیا جا سکتا ہے، لیکن اسے اضافی کے طور پر استعمال کیا گیا ہے اور بہت اچھے نتائج حاصل کیے ہیں۔VARVARA sharova تجربے سے پتہ چلا ہے کہ الیکٹرولائٹ میں 2wt% LiTFSI شامل کرنے سے لائفپو4/ گریفائٹ بیٹری کی سائیکل کارکردگی کو مؤثر طریقے سے بہتر بنایا جا سکتا ہے: 20 ℃ پر 600 سائیکل اور صلاحیت میں کمی 2% سے کم ہے۔کنٹرول گروپ میں، 2wt% VC additive کے ساتھ الیکٹرولائٹ شامل کیا جاتا ہے۔اسی حالات کے تحت، بیٹری کی صلاحیت کی کمی تقریبا 20٪ تک پہنچ جاتی ہے.
لیتھیم آئن بیٹریوں کی کارکردگی پر مختلف اضافی اشیاء کے اثر کی تصدیق کرنے کے لیے، خالی گروپ lp30 (EC: DMC = 1:1) بغیر کسی اضافے کے اور VC، LiTFSI، lifsi اور liftfsi کے ساتھ تجرباتی گروپ کو varvarvara sharova نے تیار کیا تھا۔ بالترتیبان الیکٹرولائٹس کی کارکردگی کا اندازہ بٹن آدھے سیل اور مکمل سیل سے کیا گیا۔
مندرجہ بالا اعداد و شمار خالی کنٹرول گروپ اور تجرباتی گروپ کے الیکٹرولائٹس کے وولٹامیٹرک منحنی خطوط کو ظاہر کرتا ہے۔کمی کے عمل کے دوران، ہم نے دیکھا کہ خالی گروپ کے الیکٹرولائٹ میں تقریباً 0.65v پر ایک واضح موجودہ چوٹی نمودار ہوئی، جو EC سالوینٹس کی کمی سڑن کے مساوی ہے۔VC additive کے ساتھ تجرباتی گروپ کی سڑن کی موجودہ چوٹی اعلی صلاحیت کی طرف منتقل ہو گئی، جس کی بنیادی وجہ یہ تھی کہ VC additive کا سڑنے والا وولٹیج EC سے زیادہ تھا، لہذا، سڑن پہلے واقع ہوئی، جس نے EC کو محفوظ کیا۔تاہم، LiTFSI، lifsi اور littfsi additives کے ساتھ شامل کیے گئے الیکٹرولائٹ کے وولٹامیٹرک منحنی خطوط خالی گروپ کے ان لوگوں سے نمایاں طور پر مختلف نہیں تھے، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ امائڈ ایڈیٹیو EC سالوینٹس کے گلنے کو کم نہیں کر سکتے ہیں۔
اوپر کی تصویر مختلف الیکٹرولائٹس میں گریفائٹ انوڈ کی الیکٹرو کیمیکل کارکردگی کو ظاہر کرتی ہے۔پہلے چارج اور ڈسچارج کی کارکردگی سے، خالی گروپ کی کولمب کارکردگی 93.3% ہے، LiTFSI، lifsi اور liftfsi کے ساتھ الیکٹرولائٹس کی پہلی کارکردگی بالترتیب 93.3%، 93.6% اور 93.8% ہے۔تاہم، VC additive کے ساتھ الیکٹرولائٹس کی پہلی کارکردگی صرف 91.5% ہے، جس کی بنیادی وجہ یہ ہے کہ گریفائٹ کے پہلے لیتھیم انٹرکلیشن کے دوران، VC گریفائٹ انوڈ کی سطح پر گل جاتا ہے اور زیادہ Li استعمال کرتا ہے۔
SEI فلم کی تشکیل کا آئنک چالکتا پر بہت زیادہ اثر پڑے گا، اور پھر لی آئن بیٹری کی شرح کارکردگی کو متاثر کرے گا۔ریٹ پرفارمنس ٹیسٹ میں، یہ پایا گیا ہے کہ لفسی اور لفٹفسی ایڈیٹیو کے ساتھ الیکٹرولائٹ کی صلاحیت زیادہ کرنٹ ڈسچارج میں دیگر الیکٹرولائٹس کے مقابلے میں قدرے کم ہے۔C/2 سائیکل ٹیسٹ میں، imide additives کے ساتھ تمام الیکٹرولائٹس کی سائیکل کی کارکردگی بہت مستحکم ہے، جبکہ VC additives کے ساتھ الیکٹرولائٹس کی صلاحیت کم ہو جاتی ہے۔
لتیم آئن بیٹری کے طویل مدتی سائیکل میں الیکٹرولائٹ کے استحکام کا جائزہ لینے کے لیے، VARVARA شارووا نے بٹن سیل کے ساتھ LiFePO4 / گریفائٹ مکمل سیل بھی تیار کیا، اور 20 ℃ اور 40 ℃ پر مختلف additives کے ساتھ الیکٹرولائٹ کی سائیکل کارکردگی کا جائزہ لیا۔تشخیص کے نتائج درج ذیل جدول میں دکھائے گئے ہیں۔ٹیبل سے دیکھا جا سکتا ہے کہ LiTFSI additive کے ساتھ الیکٹرولائٹ کی کارکردگی پہلی بار VC additive کے مقابلے میں نمایاں طور پر زیادہ ہے، اور 20 ℃ پر سائیکلنگ کی کارکردگی اور بھی زیادہ زبردست ہے۔LiTFSI additive کے ساتھ الیکٹرولائٹ کی صلاحیت برقرار رکھنے کی شرح 600 سائیکلوں کے بعد 98.1% ہے، جبکہ VC additive کے ساتھ الیکٹرولائٹ کی صلاحیت برقرار رکھنے کی شرح صرف 79.6% ہے۔تاہم، یہ فائدہ اس وقت غائب ہو جاتا ہے جب الیکٹرولائٹ کو 40 ℃ پر سائیکل کیا جاتا ہے، اور تمام الیکٹرولائٹس کی سائیکلنگ کی کارکردگی ایک جیسی ہوتی ہے۔
مندرجہ بالا تجزیہ سے، یہ دیکھنا مشکل نہیں ہے کہ لتیم آئن بیٹری کی سائیکل کارکردگی کو نمایاں طور پر بہتر بنایا جا سکتا ہے جب لتیم امائیڈ نمک کو الیکٹرولائٹ ایڈیٹیو کے طور پر استعمال کیا جائے۔لتیم آئن بیٹریوں میں LiTFSI جیسے اضافی عناصر کے ایکشن میکانزم کا مطالعہ کرنے کے لیے، VARVARA شارووا نے XPS کے ذریعے مختلف الیکٹرولائٹس میں گریفائٹ انوڈ کی سطح پر بننے والی SEI فلم کی ساخت کا تجزیہ کیا۔مندرجہ ذیل اعداد و شمار پہلے اور 50 ویں سائیکل کے بعد گریفائٹ انوڈ کی سطح پر بننے والی SEI فلم کے XPS تجزیہ کے نتائج کو ظاہر کرتا ہے۔یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ LiTFSI additive کے ساتھ الیکٹرولائٹ میں بننے والی SEI فلم میں LIF کا مواد VC additive کے ساتھ الیکٹرولائٹ کے مقابلے میں نمایاں طور پر زیادہ ہے۔SEI فلم کی ساخت کے مزید مقداری تجزیہ سے پتہ چلتا ہے کہ SEI فلم میں LIF مواد کی ترتیب lifsi > liftfsi > LiTFSI > VC > پہلے سائیکل کے بعد خالی گروپ ہے، لیکن SEI فلم پہلے چارج کے بعد ناقابل تغیر نہیں ہے۔50 چکروں کے بعد، LIFSI اور liftfsi الیکٹرولائٹ میں SEI فلم کے LIF مواد میں بالترتیب 12% اور 43% کی کمی واقع ہوئی، جبکہ LiTFSI کے ساتھ شامل الیکٹرولائٹ کے LIF مواد میں 9% اضافہ ہوا۔
عام طور پر، ہم سوچتے ہیں کہ SEI جھلی کی ساخت دو تہوں میں تقسیم ہوتی ہے: اندرونی غیر نامیاتی تہہ اور بیرونی نامیاتی تہہ۔غیر نامیاتی تہہ بنیادی طور پر LIF، Li2CO3 اور دیگر غیر نامیاتی اجزاء پر مشتمل ہوتی ہے، جس میں بہتر الیکٹرو کیمیکل کارکردگی اور اعلیٰ آئنک چالکتا ہوتی ہے۔بیرونی نامیاتی تہہ بنیادی طور پر غیر محفوظ الیکٹرولائٹ سڑنے اور پولیمرائزیشن مصنوعات پر مشتمل ہے، جیسے roco2li، PEO اور اسی طرح، جس میں الیکٹرولائٹ کے لیے کوئی مضبوط تحفظ نہیں ہے، لہذا، ہم امید کرتے ہیں کہ SEI جھلی زیادہ غیر نامیاتی اجزاء پر مشتمل ہے۔Imide additives SEI جھلی میں مزید غیر نامیاتی LIF اجزاء لا سکتے ہیں، جو SEI جھلی کی ساخت کو مزید مستحکم بناتا ہے، بیٹری سائیکل کے عمل میں الیکٹرولائٹ کے گلنے کو بہتر طریقے سے روک سکتا ہے، Li کی کھپت کو کم کر سکتا ہے، اور بیٹری کی سائیکل کی کارکردگی کو نمایاں طور پر بہتر بنا سکتا ہے۔
الیکٹرولائٹ ایڈیٹوز، خاص طور پر LiTFSI additives کے طور پر، imide لتیم نمکیات بیٹری کی سائیکل کی کارکردگی کو نمایاں طور پر بہتر بنا سکتے ہیں۔یہ بنیادی طور پر اس حقیقت کی وجہ سے ہے کہ گریفائٹ انوڈ کی سطح پر بننے والی SEI فلم میں زیادہ LIF، پتلی اور زیادہ مستحکم SEI فلم ہوتی ہے، جو الیکٹرولائٹ کے گلنے کو کم کرتی ہے اور انٹرفیس کی مزاحمت کو کم کرتی ہے۔تاہم، موجودہ تجرباتی اعداد و شمار سے، LiTFSI اضافی کمرے کے درجہ حرارت پر استعمال کے لیے زیادہ موزوں ہے۔40 ℃ پر، LiTFSI additive کا VC additive پر کوئی واضح فائدہ نہیں ہے۔
پوسٹ ٹائم: اپریل 15-2021