stringtranslate.com

Твердый электролит

Полностью твердотельная батарея с твердотельным электролитом.

Твердотельный электролит ( SSE) является твердым ионным проводником и электронно-изолирующим материалом и является характерным компонентом твердотельной батареи. Он полезен для приложений в области хранения электроэнергии (EES) при замене жидких электролитов, встречающихся, в частности, в литий -ионных батареях . [1] [2] Основными преимуществами являются абсолютная безопасность, отсутствие проблем с утечками токсичных органических растворителей , низкая воспламеняемость, нелетучесть, механическая и термическая стабильность, простота обработки, низкий саморазряд , более высокая достижимая плотность мощности и циклируемость. [3] Это делает возможным, например, использование анода из литиевого металла в практическом устройстве без внутренних ограничений жидкого электролита благодаря свойству подавления литиевых дендритов в присутствии твердотельной электролитной мембраны. Использование анода с высокой емкостью и низким восстановительным потенциалом , например, лития с удельной емкостью 3860 мАч г -1 и восстановительным потенциалом -3,04 В по сравнению с SHE , вместо традиционного графита с низкой емкостью, который в полностью литированном состоянии LiC 6 имеет теоретическую емкость 372 мАч г -1 [4], является первым шагом в создании более легкой, тонкой и дешевой перезаряжаемой батареи. [5] Более того, это позволяет достичь гравиметрической и объемной плотности энергии, достаточно высокой для достижения 500 миль на одной зарядке в электромобиле. [6] Несмотря на многообещающие преимущества, все еще существует множество ограничений, которые препятствуют переходу SSE от академических исследований к крупномасштабному производству, в основном из-за плохой ионной проводимости по сравнению с жидкими аналогами. Однако многие производители автомобилей (Toyota, BMW, Honda, Hyundai) рассчитывают интегрировать эти системы в жизнеспособные устройства и вывести на рынок электромобили на базе твердотельных аккумуляторов к 2025 году. [7] [8]

История

Первые неорганические твердотельные электролиты были открыты Майклом Фарадеем в девятнадцатом веке, это были сульфид серебра (Ag 2 S) и фторид свинца(II) (PbF 2 ). [9] Первым полимерным материалом, способным проводить ионы в твердом состоянии, был ПЭО, открытый в 1970-х годах В. Райтом. Важность открытия была признана в начале 1980-х годов. [10] [11]

Однако для полного понимания поведения полностью твердотельных аккумуляторов остаются нерешенные фундаментальные вопросы, особенно в области электрохимических интерфейсов. [12] В последние годы потребности в улучшении безопасности и производительности в отношении современной литий-ионной химии делают твердотельные аккумуляторы очень привлекательными и в настоящее время считаются перспективной технологией для удовлетворения потребности в электромобилях с большим запасом хода в ближайшем будущем.

В марте 2020 года Институт передовых технологий Samsung (SAIT) опубликовал исследование полностью твердотельной батареи (ASSB) с использованием твердотельного электролита на основе аргиродита с продемонстрированной плотностью энергии 900 Вт·ч·л −1 и стабильной циклируемостью более 1000 циклов, впервые достигнув значения, близкого к 1000 Вт·ч·л −1 . [13]

Характеристики

Для того чтобы твердотельные батареи (SSB) / твердые электролиты (SE) стали серьезным конкурентом на рынке, они должны соответствовать некоторым ключевым показателям производительности. [14] [15] [16] Основные критерии, которым должны соответствовать SSB/SE: [12] [17]

Трудно, чтобы один материал соответствовал всем вышеперечисленным критериям, поэтому можно использовать ряд других подходов, например, гибридную электролитную систему, которая сочетает в себе преимущества неорганических и полимерных электролитов.

Категории

SSE играют ту же роль, что и традиционный жидкий электролит, и они классифицируются как полностью твердотельный электролит и квазитвердотельный электролит (QSSE). Полностью твердотельные электролиты далее делятся на неорганический твердый электролит (ISE), твердый полимерный электролит (SPE) и композитный полимерный электролит (CPE). С другой стороны, QSSE, также называемый гель-полимерным электролитом (GPE), представляет собой отдельно стоящую мембрану, которая содержит определенное количество жидкого компонента, иммобилизованного внутри твердой матрицы. В целом, номенклатуры SPE и GPE используются взаимозаменяемо, но они имеют существенно разный механизм ионной проводимости : SPE проводит ионы посредством взаимодействия с замещающими группами полимерных цепей, в то время как GPE проводит ионы в основном в растворителе или пластификаторе. [23]

Полностью твердотельный электролит

Полностью твердотельные электролиты делятся на неорганические твердые электролиты (ISE), твердые полимерные электролиты (SPE) и композитные полимерные электролиты (CPE). Они твердые при комнатной температуре, и ионное движение происходит в твердом состоянии. Их главным преимуществом является полное удаление любого жидкого компонента, направленное на значительное повышение безопасности всего устройства. Главным ограничением является ионная проводимость, которая, как правило, намного ниже по сравнению с жидким аналогом. [24]

Неорганический твердый электролит (ISE)

Неорганические твердые электролиты (ISE) представляют собой особый тип полностью твердотельных электролитов, которые состоят из неорганического материала в кристаллическом или стеклообразном состоянии, который проводит ионы путем диффузии через решетку. [25] Основными преимуществами этого класса твердотельных электролитов являются высокая ионная проводимость (порядка нескольких мСм см −2 при комнатной температуре), высокий модуль (порядка ГПа) и высокое число переноса по сравнению с другими классами SSE. [26] Они, как правило, хрупкие, и с этим связана низкая совместимость и стабильность по отношению к электроду, с быстро растущим межфазным сопротивлением и сложным масштабированием от академического до промышленного. [27] Они могут быть на основе оксидов , сульфидов или фосфатов , а кристаллические структуры включают LISICON (литиевый суперионный проводник) (например, LGPS, LiSiPS, LiPS), аргиродитоподобные (например, Li 6 PS 5 X, X = Cl, Br, I), [28] гранаты ( LLZO ), [29] NASICON (натриевый суперионный проводник) (например, LTP, LATP, LAGP ), [30] нитриды лития (например, Li 3 N), [31] гидриды лития (LiBH 4 ), [32] фосфидотриелаты лития [33] и фосидотетрелаты, [34] перовскиты (например, титанат лития-лантана, «LLTO»), [35] галогениды лития (LYC, LYB)., [36] RbAg 4 I 5 . [37] [38] Некоторые ИСЭ могут быть стеклокерамикой, предполагающей аморфное состояние вместо обычной кристаллической структуры. Популярные примеры — литийфосфорный оксинитрид (LIPON) [39] и тиофосфаты лития (Li 2 S–P 2 S 5 ). [40]

Твердый полимерный электролит (ТПЭ)

Твердый полимерный электролит (SPE) определяется как раствор соли без растворителя в полимерном материале-хозяине, который проводит ионы через полимерные цепи. По сравнению с ISE, SPE намного проще обрабатывать, как правило, путем литья раствора , что делает их в значительной степени совместимыми с крупномасштабными производственными процессами. Более того, они обладают более высокой эластичностью и пластичностью, что обеспечивает стабильность на границе раздела, гибкостью и улучшенной устойчивостью к изменениям объема во время работы. [23] Хорошее растворение солей Li, низкая температура стеклования (Tg ) , электрохимическая совместимость с большинством распространенных электродных материалов, низкая степень кристалличности, механическая стабильность, низкая температурная чувствительность являются характеристиками идеального кандидата SPE. [41] В целом, хотя ионная проводимость ниже, чем у ISE, и их скоростные возможности ограничены, что ограничивает быструю зарядку. [42] SPE на основе ПЭО является первым твердотельным полимером, в котором ионная проводимость была продемонстрирована как через межмолекулярную, так и через внутримолекулярную через ионный скачок , благодаря сегментарному движению полимерных цепей [43] из-за большой способности к комплексообразованию ионов эфирных групп , но они страдают от низкой ионной проводимости при комнатной температуре (10−5 См см −1 ) [44] из-за высокой степени кристалличности. Основными альтернативами SPE на основе полиэфира являются поликарбонаты , [45] полиэфиры , [46] полинитрилы (например, ПАН), [47] полиспирты (например, ПВА), [48] полиамины (например, ПЭИ), [49] полисилоксан (например, ПДМС) [50] [51] и фторполимеры (например, ПВДФ, ПВДФ-ГФП). [52] Биополимеры, такие как лигнин , [53] хитозан [54] и целлюлоза [55] также приобретают большой интерес как отдельные SPE или смешанные с другими полимерами, с одной стороны, из-за их экологичности, а с другой — из-за их высокой комплексообразующей способности на солях. Кроме того, рассматриваются различные стратегии для увеличения ионной проводимости SPE и аморфно-кристаллического соотношения. [56]

При введении частиц в качестве наполнителей внутрь полимерного раствора получается композитный полимерный электролит (CPE), частицы могут быть инертными к проводимости Li + ( Al2O3 , TiO2 , SiO2 , MgO , цеолит, монтмориллонит, ...), [57] [58] [59] с единственной целью снижения кристалличности, или активными (LLTO, LLZO, LATP...) [ 60] [61], если частицы ИСЭ диспергированы и в зависимости от соотношения полимер/неорганика часто используется номенклатура керамика-в-полимере и полимер-в-керамике. [62] Сополимеризация , [63] сшивание , [64] взаимопроникновение [65] и смешивание [66] также могут использоваться в качестве координации полимер/полимер для настройки свойств ТПЭ и достижения лучших характеристик, введение в полимерные цепи полярных групп, таких как эфиры , карбонилы или нитрилы, радикально улучшает растворение солей лития.

Квазитвердотельный электролит

Сравнение различных квазитвердотельных электролитов на основе полимеров

Квазитвердотельные электролиты (QSSE) представляют собой широкий класс композитных соединений, состоящих из жидкого электролита и твердой матрицы. Этот жидкий электролит служит перколяционным путем ионной проводимости , в то время как твердая матрица добавляет механическую стабильность материалу в целом. Как следует из названия, QSSE могут иметь ряд механических свойств от прочных твердоподобных материалов до материалов в форме пасты. [67] [ 68] [69] QSSE можно подразделить на ряд категорий, включая гель-полимерные электролиты (GPE), электролиты Ionogel , [70] и гель-электролиты (также известные как электролиты «сырого песка»). Наиболее распространенные QSSE, GPE имеют существенно иной механизм ионной проводимости, чем SPE, которые проводят ионы посредством взаимодействия с замещающими группами полимерных цепей. Между тем, GPE проводят ионы в основном в растворителе , который действует как пластификатор . [71] Растворитель действует как для увеличения ионной проводимости электролита, так и для смягчения электролита для улучшения межфазного контакта. Матрица GPE состоит из полимерной сети, набухшей в растворителе, который содержит активные ионы (например, Li + , Na + , Mg 2+ и т. д.). Это позволяет композиту содержать как механические свойства твердых тел, так и высокие транспортные свойства жидкостей. В GPE использовался ряд полимерных хозяев, включая PEO , PAN , PMMA , PVDF-HFP и т. д. Полимеры синтезируются с повышенной пористостью для включения растворителей, таких как этиленкарбонат (EC), пропиленкарбонат (PC), диэтилкарбонат (DEC) и диметилкарбонат (DMC). [72] [73] [74] Низкомолекулярный полиэтиленгликоль (PEG) или другие эфиры или апротонные органические растворители с высокой диэлектрической проницаемостью, такие как диметилсульфоксид (DMSO), также могут быть смешаны с матрицей SPE. [75] [76] УФ- и термическое сшивание являются полезными способами полимеризации GPE in situ непосредственно в контакте с электродами для идеального адгезионного интерфейса. [77] Значения ионной проводимости порядка 1 мСм см −1 могут быть легко достигнуты с помощью GPE, как показывают многочисленные опубликованные исследовательские статьи. [78]

Появляющиеся подклассы QSSE используют матричные материалы и растворители. Ионогели , например, используют ионные жидкости в качестве растворителя, который имеет улучшенную безопасность, включая негорючесть и стабильность при высоких температурах. [70] [79] Матричные материалы в ионогелях могут варьироваться от полимерных материалов [80] до неорганических наноматериалов. [68] Эти матричные материалы (как и все QSSE) обеспечивают механическую стабильность с модулем хранения до 1 МПа или выше. Между тем, эти материалы могут обеспечивать ионную проводимость порядка 1 мСм см −1 без использования горючих растворителей. Однако гелевые электролиты (т. е. электролиты типа «сырого песка») могут достигать жидкоподобной ионной проводимости (~ 10 мСм см −1 ), находясь в твердом состоянии. Материалы матрицы, такие как наночастицы SiO 2 , обычно сочетаются с растворителями с низкой вязкостью (например, этиленкарбонатом (EC)) для создания геля, свойства которого можно изменять в зависимости от загрузки матрицы. [81] Содержание матрицы в диапазоне от 10 до 40 мас. % может изменить механические свойства электролита от мягкой пасты до твердого геля. [67] Однако компромисс между механической прочностью и ионной проводимостью, когда одно увеличивается с изменением содержания матрицы, другое страдает. [82] Несмотря на это, содержание матрицы в этих материалах может иметь дополнительные преимущества, включая повышенное число переноса лития из-за функционализированных материалов матрицы. [83] Эти новые классы QSSE являются активной областью исследований для разработки оптимального сочетания матрицы и растворителя. [67] [81]

Возможности

Неконтролируемое образование литиевых дендритов

Универсальность и свойства твердотельного электролита расширяют возможные применения в сторону высокой плотности энергии и более дешевых химических составов аккумуляторов, которые в противном случае были бы недоступны из-за современного состояния литий-ионных аккумуляторов . Действительно, путем введения SSE в архитектуру аккумулятора появляется возможность использовать металлический литий в качестве анодного материала с возможностью достижения батареи с высокой плотностью энергии благодаря его высокой удельной емкости 3860 мАч г −1 . [84] Использование литий-металлического анода (LMA) предотвращается в жидком электролите прежде всего из-за дендритного роста чистого литиевого электрода, который легко вызывает короткие замыкания после нескольких циклов; другими связанными проблемами являются объемные расширения, реактивность интерфейса твердого электролита (SEI) и «мертвый» литий. [85] Использование SSE гарантирует однородный контакт с металлическим литиевым электродом и обладает механическими свойствами, препятствующими неконтролируемому осаждению ионов Li + во время фазы зарядки. В то же время SSE находит весьма перспективное применение в литий-серных батареях, решая ключевую проблему эффекта полисульфидного «челнока» путем блокирования растворения полисульфидных частиц в электролите, что быстро приводит к снижению емкости. [86]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ «Японское правительство сотрудничает с производителями в исследовании твердотельных аккумуляторов». CleanTechnica . 7 мая 2018 г.
  2. ^ «Немецкое федеральное правительство инвестирует в исследования твердотельных аккумуляторов». CleanTechnica . 29 октября 2018 г.
  3. ^ Чен, Чжэнь; Ким, Гук-Тэ; Ван, Зели; Брессер, Доминик; Цинь, Биншэн; Гейгер, Дорин; Кайзер, Юте; Ван, Сюэсень; Шен, Цзэ Сян; Пассерини, Стефано (октябрь 2019 г.). «Гибкие твердотельные литий-полимерные батареи 4 В». Нано Энергия . 64 : 103986. doi :10.1016/j.nanoen.2019.103986. hdl : 10356/149966 . S2CID  201287650.
  4. ^ Полимерный SiOC, интегрированный с графеновым аэрогелем, как высокостабильный анод литий-ионного аккумулятора. Прикладные материалы и интерфейсы 2020 г.
  5. ^ Ван, Жэньхэн; Цуй, Вэйшэн; Чу, Фулу; У, Фэйсян (сентябрь 2020 г.). «Литий-металлические аноды: настоящее и будущее». Журнал энергетической химии . 48 : 145–159. doi : 10.1016/j.jechem.2019.12.024 .
  6. ^ Болдуин, Роберто (12 марта 2020 г.). «Samsung представляет прорыв: твердотельный аккумулятор для электромобиля с запасом хода в 500 миль». Автомобиль и водитель .
  7. ^ Ким, Тэхун; Сон, Вентао; Сон, Дэ-Ён; Оно, Луис К.; Ци, Ябинг (2019). «Литий-ионные аккумуляторы: перспективы настоящего, будущего и гибридных технологий». Журнал химии материалов A. 7 ( 7): 2942–2964. doi :10.1039/c8ta10513h. S2CID  104366580.
  8. ^ "Твердотельные батареи". FutureBridge . 6 июля 2019 г.
  9. ^ Электрохимия твердого тела . Издательство Кембриджского университета. ISBN 9780511524790.
  10. ^ Райт, Питер В. (сентябрь 1975 г.). «Электропроводность в ионных комплексах поли(этиленоксида)». British Polymer Journal . 7 (5): 319–327. doi :10.1002/pi.4980070505.
  11. ^ GRAY, F; MACCALLUM, J; VINCENT, C (январь 1986). "Поли(этиленоксид) - LiCF3SO3 - полистирольные электролитные системы". Solid State Ionics . 18–19: 282–286. doi :10.1016/0167-2738(86)90127-X.
  12. ^ ab Янек, Юрген; Цайер, Вольфганг Г. (8 сентября 2016 г.). «Надежное будущее для разработки аккумуляторов». Nature Energy . 1 (9): 16141. Bibcode : 2016NatEn...116141J. doi : 10.1038/nenergy.2016.141.
  13. ^ Ли, Ён-Гун; Фуджики, Сатоши; Юнг, Чанхун; Сузуки, Наоки; Яширо, Нобуёси; Омода, Ре; Ко, Донг-Су; Сирацучи, Томоюки; Сугимото, Тосинори; Рю, Сэбом; Ку, Джун Хван; Ватанабэ, Таку; Пак, Янгсин; Айхара, Юичи; Я, Донмин; Хан, Ин Таек (9 марта 2020 г.). «Высокоэнергетические твердотельные литий-металлические батареи с длительным циклом работы на основе серебряно-углеродных композитных анодов». Энергия природы . 5 (4): 299–308. Бибкод : 2020NatEn...5..299L. дои : 10.1038/s41560-020-0575-z. S2CID  216386265.
  14. ^ Робинсон, Артур Л.; Янек, Юрген (декабрь 2014 г.). «Твердотельные батареи вступают в борьбу за электромобили». MRS Bulletin . 39 (12): 1046–1047. Bibcode : 2014MRSBu..39.1046R. doi : 10.1557/mrs.2014.285 . ISSN  0883-7694.
  15. ^ Янек, Юрген; Цайер, Вольфганг Г. (2016-09-08). «Надежное будущее для разработки аккумуляторов». Nature Energy . 1 (9): 16141. Bibcode : 2016NatEn...116141J. doi : 10.1038/nenergy.2016.141. ISSN  2058-7546.
  16. ^ Ху, Юн-Шэн (2016-04-07). «Батареи: становятся твердыми». Nature Energy . 1 (4): 16042. Bibcode : 2016NatEn...116042H. doi : 10.1038/nenergy.2016.42. ISSN  2058-7546.
  17. ^ Агравал, RC; Пандей, GP (21 ноября 2008 г.). «Твердые полимерные электролиты: проектирование материалов и применение полностью твердотельных батарей: обзор». Journal of Physics D: Applied Physics . 41 (22): 223001. doi :10.1088/0022-3727/41/22/223001. S2CID  94704160.
  18. ^ Сундарамахалингам, К.; Мутувинаягам, М.; Налламуту, Н.; Ванита, Д.; Вахини, М. (1 января 2019 г.). «Исследования твердых полимерных электролитов из смеси ПВС / ПВП, легированных ацетатом лития». Полимерный вестник . 76 (11): 5577–5602. дои : 10.1007/s00289-018-02670-2. S2CID  104442538.
  19. ^ ab Appetecchi, GB (1996). «Новый класс усовершенствованных полимерных электролитов и их значение в пластикоподобных перезаряжаемых литиевых батареях». Журнал Электрохимического общества . 143 (1): 6–12. Bibcode : 1996JElS..143....6A. doi : 10.1149/1.1836379.
  20. ^ Чжэн, Фэн; Котобуки, Масаши; Сун, Шуфэн; Лай, Ман Он; Лу, Ли (июнь 2018 г.). «Обзор твердых электролитов для полностью твердотельных литий-ионных аккумуляторов». Журнал источников питания . 389 : 198–213. Bibcode : 2018JPS...389..198Z. doi : 10.1016/j.jpowsour.2018.04.022. S2CID  104174202.
  21. ^ Чжэн, Фэн; Котобуки, Масаши; Сун, Шуфэн; Лай, Ман Он; Лу, Ли (июнь 2018 г.). «Обзор твердых электролитов для полностью твердотельных литий-ионных аккумуляторов». Журнал источников питания . 389 : 198–213. Bibcode : 2018JPS...389..198Z. doi : 10.1016/j.jpowsour.2018.04.022. S2CID  104174202.
  22. ^ Агостини, Марко; Лим, Ду Хён; Садд, Мэтью; Фасциани, Кьяра; Наварра, Мария Ассунта; Панеро, Стефания; Брутти, Серджио; Матич, Александр; Скросати, Бруно (11 сентября 2017 г.). «Стабилизация производительности композитных серных электродов высокой емкости с помощью новой конфигурации гель-полимерного электролита». ChemSusChem . 10 (17): 3490–3496. doi :10.1002/cssc.201700977. PMID  28731629.
  23. ^ ab Mindemark, Jonas; Lacey, Matthew J.; Bowden, Tim; Brandell, Daniel (июнь 2018 г.). «За пределами PEO — Альтернативные материалы-хозяева для Li + -проводящих твердых полимерных электролитов». Progress in Polymer Science . 81 : 114–143. doi : 10.1016/j.progpolymsci.2017.12.004. S2CID  102876830.
  24. ^ Mauger, A.; Armand, M.; Julien, CM; Zaghib, K. (июнь 2017 г.). «Проблемы и проблемы, с которыми сталкивается металлический литий для твердотельных перезаряжаемых батарей» (PDF) . Journal of Power Sources . 353 : 333–342. Bibcode :2017JPS...353..333M. doi :10.1016/j.jpowsour.2017.04.018. S2CID  99108693.
  25. ^ Бахман, Джон Кристофер; Мюй, Соксейха; Гримо, Алексис; Чанг, Хао-Сун; Пур, Нир; Люкс, Саймон Ф.; Пашос, Одиссей; Маглия, Филиппо; Лупарт, Саския; Ламп, Питер; Джордано, Ливия; Шао-Хорн, Ян (29 декабря 2015 г.). «Неорганические твердотельные электролиты для литиевых батарей: механизмы и свойства, управляющие ионной проводимостью». Chemical Reviews . 116 (1): 140–162. doi :10.1021/acs.chemrev.5b00563. hdl : 1721.1/109539 . PMID  26713396.
  26. ^ Чжао, Цин; Сталин, Санджуна; Чжао, Чэнь-Цзы; Арчер, Линден А. (5 февраля 2020 г.). «Проектирование твердотельных электролитов для безопасных, энергоемких батарей». Nature Reviews Materials . 5 (3): 229–252. Bibcode : 2020NatRM...5..229Z. doi : 10.1038/s41578-019-0165-5. S2CID  211028485.
  27. ^ Хан, Сяоган; Гун, Юньхуэй; Фу, Кунь (Кельвин); Хэ, Синфэн; Хитц, Грегори Т.; Дай, Цзяци; Пирс, Алекс; Лю, Боян; Ван, Ховард; Рублофф, Гэри; Мо, Ифэй; Тангадурай, Венкатараман; Ваксман, Эрик Д.; Ху, Лянбин (19 декабря 2016 г.). «Отрицание импеданса интерфейса в твердотельных литий-металлических батареях на основе граната». Nature Materials . 16 (5): 572–579. doi :10.1038/nmat4821. OSTI  1433807. PMID  27992420.
  28. ^ Крафт, Марвин А.; Оно, Санеюки; Зинкевич, Татьяна; Коэрвер, Раймунд; Калвер, Шон П.; Фукс, Тилл; Сенишин, Анатолий; Индрис, Сильвио; Морган, Бенджамин Дж.; Цайер, Вольфганг Г. (ноябрь 2018 г.). «Индуцирование высокой ионной проводимости в литиевых суперионных аргиродитах Li P Ge SI для твердотельных батарей» (PDF) . Журнал Американского химического общества . 140 (47): 16330–16339. doi :10.1021/jacs.8b10282. PMID  30380843. S2CID  207195755.
  29. ^ Лю, Ци; Гэн, Чжэнь; Хан, Цюйпинг; Фу, Юнчжу; Ли, Сун; Он, Ян-бин; Канг, Фейю; Ли, Баохуа (июнь 2018 г.). «Проблемы и перспективы гранатовых твердых электролитов для всех твердотельных литиевых батарей». Журнал источников энергии . 389 : 120–134. Бибкод : 2018JPS...389..120L. дои : 10.1016/j.jpowsour.2018.04.019. S2CID  104174556.
  30. ^ DeWees, Rachel; Wang, Hui (24 июля 2019 г.). «Синтез и свойства твердых электролитов LATP и LAGP типа NaSICON». ChemSusChem . 12 (16): 3713–3725. doi :10.1002/cssc.201900725. PMID  31132230. S2CID  167209150.
  31. ^ Байстер, Хайнц Юрген; Хааг, Сабина; Книп, Рюдигер; Стресснер, Клаус; Сьяссен, Карл (август 1988 г.). «Фазовые превращения нитрида лития под давлением». Angewandte Chemie International Edition на английском языке . 27 (8): 1101–1103. дои : 10.1002/anie.198811011.
  32. ^ de Jongh, PE; Blanchard, D.; Matsuo, M.; Udovic, TJ; Orimo, S. (3 марта 2016 г.). «Комплексные гидриды как твердые электролиты комнатной температуры для перезаряжаемых батарей». Applied Physics A . 122 (3): 251. Bibcode :2016ApPhA.122..251D. doi : 10.1007/s00339-016-9807-2 . S2CID  53402745.
  33. ^ Рестле, Тассило М.Ф.; Странгмюллер, Стефан; Баран Владимир; Сенишин Анатолий; Кирххайн, Хольгер; Кляйн, Вильгельм; Мерк, Сэмюэл; Мюллер, Дэвид; Кач, Тобиас; ван Вюллен, Лео; Фесслер, Томас Ф. (ноябрь 2022 г.). «Супер-ионная проводимость в ω-Li 9 Tr P 4 (Tr = Al, Ga, In) и пути диффузии лития в полиморфах Li 9 AlP 4». Передовые функциональные материалы . 32 (46): 2112377. doi : 10.1002/adfm.202112377 . ISSN  1616-301X.
  34. ^ Странгмюллер, Стефан; Эйкхофф, Хенрик; Мюллер, Дэвид; Кляйн, Вильгельм; Раудашль-Зибер, Габриэле; Кирххайн, Хольгер; Седльмайер, Кристиан; Баран Владимир; Сенишин Анатолий; Дерингер, Волкер Л.; ван Вюллен, Лео; Гастайгер, Хуберт А.; Фесслер, Томас Ф. (11 сентября 2019 г.). «Быстрая ионная проводимость в наиболее богатом литием фосфидосиликате Li 14 SiP 6». Журнал Американского химического общества . 141 (36): 14200–14209. doi : 10.1021/jacs.9b05301. ISSN  0002-7863.
  35. ^ Ли, Ютао; Сюй, Хэнхуэй; Цзянь, По-Сю; У, Нань; Синь, Сен; Сюэ, Лэйган; Пак, Кюсунг; Ху, Янь-Янь; Гуденаф, Джон Б. (9 июля 2018 г.). «Перовскитный электролит, стабильный во влажном воздухе для литий-ионных аккумуляторов». Angewandte Chemie International Edition . 57 (28): 8587–8591. doi : 10.1002/anie.201804114 . PMID  29734500.
  36. ^ Асано, Тетсуя; Сакаи, Акихиро; Оучи, Сатору; Сакаида, Масаси; Миядзаки, Акинобу; Хасегава, Синья (ноябрь 2018 г.). «Твердые галогенидные электролиты с высокой проводимостью ионов лития для применения в твердотельных батареях класса 4 В». Advanced Materials . 30 (44): 1803075. doi :10.1002/adma.201803075. PMID  30216562. S2CID  205288274.
  37. ^ Ван, Юйчэнь; Акин, Мерт; Цяо, Сяояо; Янь, Чживэй; Чжоу, Сянъян (сентябрь 2021 г.). «Значительно повышенная плотность энергии полностью твердотельной перезаряжаемой батареи, работающей в условиях высокой влажности». Международный журнал энергетических исследований . 45 (11): 16794–16805. doi : 10.1002/er.6928 . S2CID  236256757.
  38. ^ Акин, Мерт; Ван, Юйчэнь; Цяо, Сяояо; Янь, Чживэй; Чжоу, Сянъян (сентябрь 2020 г.). «Влияние относительной влажности на кинетику реакции в твердотельной батарее на основе рубидия и серебра иодида». Electrochimica Acta . 355 : 136779. doi :10.1016/j.electacta.2020.136779. S2CID  225553692.
  39. ^ Senevirathne, Keerthi; Day, Cynthia S.; Gross, Michael D.; Lachgar, Abdessadek; Holzwarth, NAW (февраль 2013 г.). «Новый кристаллический электролит LiPON: синтез, свойства и электронная структура». Solid State Ionics . 233 : 95–101. doi :10.1016/j.ssi.2012.12.013.
  40. ^ Mizuno, F.; Hayashi, A.; Tadanaga, K.; Tatsumisago, M. (4 апреля 2005 г.). «Новые кристаллы с высокой ионпроводимостью, осажденные из стекол Li2S-P2S5». Advanced Materials . 17 (7): 918–921. doi :10.1002/adma.200401286. S2CID  95505293.
  41. ^ Hallinan, Daniel T.; Balsara, Nitash P. (июль 2013 г.). «Полимерные электролиты». Annual Review of Materials Research . 43 (1): 503–525. Bibcode : 2013AnRMS..43..503H. doi : 10.1146/annurev-matsci-071312-121705.
  42. ^ Manuel Stephan, A.; Nahm, KS (июль 2006 г.). «Обзор композитных полимерных электролитов для литиевых батарей». Polymer . 47 (16): 5952–5964. doi : 10.1016/j.polymer.2006.05.069 .
  43. ^ Фентон, Д. Э.; Паркер, Дж. М.; Райт, П. В. (ноябрь 1973 г.). «Комплексы ионов щелочных металлов с поли(этиленоксидом)». Полимер . 14 (11): 589. doi :10.1016/0032-3861(73)90146-8.
  44. ^ Payne, DR; Wright, PV (май 1982). «Морфология и ионная проводимость некоторых комплексов ионов лития с поли(этиленоксидом)». Polymer . 23 (5): 690–693. doi :10.1016/0032-3861(82)90052-0.
  45. ^ Сан, Бинг; Миндемарк, Йонас; Эдстрём, Кристина; Бранделл, Дэниел (сентябрь 2014 г.). «Твердые полимерные электролиты на основе поликарбоната для литий-ионных аккумуляторов». Solid State Ionics . 262 : 738–742. doi :10.1016/j.ssi.2013.08.014.
  46. ^ Вебб, Майкл А.; Юнг, Юкюнг; Песко, Даниэль М.; Савой, Бретт М.; Ямамото, Уми; Коутс, Джеффри В.; Балсара, Ниташ П.; Ван, Чжэнь-Ган; Миллер, Томас Ф. (10 июля 2015 г.). «Систематическое вычислительное и экспериментальное исследование механизмов транспорта ионов лития в полимерных электролитах на основе полиэфира». ACS Central Science . 1 (4): 198–205. doi :10.1021/acscentsci.5b00195. PMC 4827473 . PMID  27162971. 
  47. ^ Ху, Пу; Чай, Цзинчао; Дуань, Юйлун; Лю, Чжихун; Цуй, Гуанлей; Чэнь, Лицюань (2016). «Прогресс в области полимерных электролитов на основе нитрила для высокопроизводительных литиевых батарей». Журнал химии материалов A. 4 ( 26): 10070–10083. doi :10.1039/C6TA02907H.
  48. ^ Mindemark, Jonas; Sun, Bing; Törmä, Erik; Brandell, Daniel (декабрь 2015 г.). «Высокопроизводительные твердые полимерные электролиты для литиевых батарей, работающих при температуре окружающей среды». Journal of Power Sources . 298 : 166–170. Bibcode : 2015JPS...298..166M. doi : 10.1016/j.jpowsour.2015.08.035.
  49. ^ Чжан, Лэй; Ван, Ши; Ли, Цзинъюй; Лю, Сюй; Чэнь, Пинпин; Чжао, Тонг; Чжан, Ляоюнь (2019). «Азотсодержащий полностью твердотельный гиперразветвленный полимерный электролит для литиевых батарей с превосходными характеристиками». Журнал химии материалов A. 7 ( 12): 6801–6808. doi :10.1039/C9TA00180H. S2CID  104471195.
  50. ^ Ван, Цинлэй; Чжан, Хуаньруй; Цуи, Зили; Чжоу, Цянь; Шангуань, Сюэхуэй; Тянь, Сонгвэй; Чжоу, Синьхун; Цуи, Гуанглей (декабрь 2019 г.). «Полимерные электролиты на основе силоксана для твердотельных литиевых батарей». Материалы для хранения энергии . 23 : 466–490. doi :10.1016/j.ensm.2019.04.016. S2CID  149575379.
  51. ^ Рохан, Рупеш; Парик, Капил; Чэнь, Чжунсинь; Цай, Вэйвэй; Чжан, Юньфэн; Сюй, Годун; Гао, Чжицян; Чэн, Хансонг (2015). «Высокопроизводительная полимерная электролитная мембрана на основе полисилоксана с одиночным ионным током для применения в литий-ионных аккумуляторах». Журнал химии материалов A. 3 ( 40): 20267–20276. doi :10.1039/c5ta02628h.
  52. ^ Jacob, M (11 декабря 1997 г.). «Влияние добавки ПЭО на электролитические и термические свойства полимерных электролитов ПВДФ-LiClO4». Solid State Ionics . 104 (3–4): 267–276. doi :10.1016/S0167-2738(97)00422-0.
  53. ^ Лю, Бо; Хуан, Юнь; Цао, Хайцзюнь; Сун, Амин; Линь, Юаньхуа; Ван, Миншань; Ли, Син (28 октября 2017 г.). «Высокопроизводительный и экологически чистый гелевый полимерный электролит для литий-ионных аккумуляторов на основе композитной лигниновой мембраны». Журнал твердотельной электрохимии . 22 (3): 807–816. doi :10.1007/s10008-017-3814-x. S2CID  103666062.
  54. ^ Яхья, МЗА; Ароф, АК (май 2003 г.). «Влияние пластификатора олеиновой кислоты на твердые полимерные электролиты хитозан–ацетат лития». European Polymer Journal . 39 (5): 897–902. doi :10.1016/S0014-3057(02)00355-5.
  55. ^ Чжао, Линчжу; Фу, Цзинчуань; Ду, Чжи; Цзя, Сяобо; Цюй, Янью; Ю, Фэн; Ду, Цзе; Чен, Юн (январь 2020 г.). «Высокопрочный и гибкий гель-полимерный электролит на основе целлюлозы и ПЭГ с высокими характеристиками для литий-ионных аккумуляторов». Журнал мембранной науки . 593 : 117428. doi : 10.1016/j.memsci.2019.117428 .
  56. ^ Бертье, К.; Горецки, В.; Минье, М.; Арман, М.Б.; Шабаньо, Ж.М.; Риго, П. (сентябрь 1983 г.). «Микроскопическое исследование ионной проводимости в аддуктах солей щелочных металлов и поли(этиленоксида)». Ионика твердого тела . 11 (1): 91–95. doi :10.1016/0167-2738(83)90068-1.
  57. ^ Линь, Динчан; Лю, Вэй; Лю, Яюань ; Ли, Хе Рён; Сюй, По-Чун; Лю, Кай; Цуй, И (декабрь 2015 г.). «Высокая ионная проводимость композитного твердого полимерного электролита посредством синтеза in situ монодисперсных наносфер SiO в поли(этиленоксиде)». Nano Letters . 16 (1): 459–465. doi :10.1021/acs.nanolett.5b04117. PMID  26595277.
  58. ^ Кумар, Б. (2 сентября 1999 г.). «Полимерные керамические композитные электролиты: эффекты проводимости и термической истории». Solid State Ionics . 124 (3–4): 239–254. doi :10.1016/S0167-2738(99)00148-4.
  59. ^ Кумар, Бинод; Скэнлон, Лоуренс; Марш, Ричард; Мейсон, Рэйчел; Хиггинс, Роберт; Болдуин, Ричард (март 2001 г.). «Структурная эволюция и проводимость композитных электролитов ПЭО:LiBF4–MgO». Electrochimica Acta . 46 (10–11): 1515–1521. doi :10.1016/S0013-4686(00)00747-7.
  60. ^ Лян, Синхуа; Хань, Ди; Ван, Юньтин; Лань, Линсяо; Мао, Цзе (2018). «Подготовка и исследование характеристик керамической композитной полимерной электролитной мембраны PVDF–LATP для твердотельных батарей». RSC Advances . 8 (71): 40498–40504. Bibcode : 2018RSCAd...840498L. doi : 10.1039/C8RA08436J . PMC 9091465. PMID  35557886 . 
  61. ^ Келлер, Марлоу; Аппетекки, Джованни Баттиста; Ким, Гук-Тэ; Шарова, Варвара; Шнайдер, Майке; Шумахер, Йорг; Ротерс, Андреас; Пассерини, Стефано (июнь 2017 г.). «Электрохимические характеристики гибридного керамико-полимерного электролита, не содержащего растворителей, на основе Li 7 La 3 Zr 2 O 12 в P(EO) 15 LiTFSI». Журнал источников энергии . 353 : 287–297. Бибкод : 2017JPS...353..287K. дои : 10.1016/j.jpowsour.2017.04.014.
  62. ^ Чэнь, Лонг; Ли, Ютао; Ли, Шуай-Пэн; Фань, Ли-Чжэнь; Нань, Се-Вэнь; Гуденаф, Джон Б. (апрель 2018 г.). «Композитные электролиты ПЭО/гранат для твердотельных литиевых батарей: от «керамики в полимере» к «полимеру в керамике»». Nano Energy . 46 : 176–184. doi : 10.1016/j.nanoen.2017.12.037 .
  63. ^ Буше, Рено; Мария, Себастьян; Мезиан, Рашид; Абулаих, Абдельмаула; Лиенафа, Ливи; Бонне, Жан-Пьер; Фан, Транг, Северная Каролина; Бертен, Денис; Гигмес, Дидье; Дево, Дидье; Денойель, Рено; Арманд, Мишель (31 марта 2013 г.). «Одноионные триблок-сополимеры БАБ как высокоэффективные электролиты для литий-металлических аккумуляторов». Природные материалы . 12 (5): 452–457. Бибкод : 2013NatMa..12..452B. дои : 10.1038/nmat3602. ПМИД  23542871.
  64. ^ Чжан, Юйхан; Лу, Вэй; Цун, Лина; Лю, Цзя; Сан, Лицюнь; Може, Ален; Жюльен, Кристиан М.; Се, Хаймин; Лю, Цзюнь (апрель 2019 г.). «Сшитая сеть на основе полиэтиленоксида: твердый полимерный электролит для литиевой батареи комнатной температуры» (PDF) . Журнал источников питания . 420 : 63–72. Bibcode :2019JPS...420...63Z. doi :10.1016/j.jpowsour.2019.02.090. S2CID  107653475.
  65. ^ Лю, Сяочэнь; Дин, Голян; Чжоу, Синьхун; Ли, Шижень; Он, Вэйшэн; Чай, Цзинчао; Панг, Чуньгуан; Лю, Чжихун; Цуи, Гуанглей (2017). «Полимерный электролит на основе поли(диэтиленгликолькарбоната) с взаимопроникающей сетью для твердотельных литиевых батарей». Журнал химии материалов А. 5 (22): 11124–11130. дои : 10.1039/C7TA02423A.
  66. ^ Раджендран, С; Сивакумар, М; Субадеви, Р (февраль 2004 г.). «Исследования влияния различных пластификаторов на электролиты на основе твердых полимеров ПВА–ПММА». Materials Letters . 58 (5): 641–649. doi :10.1016/S0167-577X(03)00585-8.
  67. ^ abc Хён, У Джин; Томас, Кори М.; Херсам, Марк К. (2020). «Нанокомпозитные электролиты на основе ионогеля для твердотельных аккумуляторных батарей». Advanced Energy Materials . 10 (36): 2002135. doi : 10.1002/aenm.202002135 . ISSN  1614-6840.
  68. ^ ab Chen, Nan; Zhang, Haiqin; Li, Li; Chen, Renjie; Guo, Shaojun (апрель 2018 г.). "Ионогель-электролиты для высокопроизводительных литиевых батарей: обзор". Advanced Energy Materials . 8 (12): 1702675. doi :10.1002/aenm.201702675. S2CID  102749351.
  69. ^ Мануэль Стефан, А. (январь 2006 г.). «Обзор гелевых полимерных электролитов для литиевых батарей». European Polymer Journal . 42 (1): 21–42. doi :10.1016/j.eurpolymj.2005.09.017.
  70. ^ ab Tripathi, Alok Kumar (2021). "Ионные жидкие твердые электролиты (ионогели) для применения в перезаряжаемых литиевых батареях". Materials Today Energy . 20 : 100643. doi : 10.1016/j.mtener.2021.100643. S2CID  233581904.
  71. ^ Лян, Шишуо; Ян, Вэньци; Ву, Сюй; Чжан, И; Чжу, Юсонг; Ван, Хунвэй; У, Юпин (май 2018 г.). «Гелевые полимерные электролиты для литий-ионных аккумуляторов: изготовление, характеристики и характеристики». Ионика твердого тела . 318 : 2–18. дои : 10.1016/j.ssi.2017.12.023.
  72. ^ Литиевые батареи: новые материалы, разработки и перспективы . Elsevier. 1994. ISBN 9780444899576.
  73. ^ Ватанабэ, Масаёши; Канба, Мотои; Нагаока, Кацуро; Шинохара, Исао (ноябрь 1982 г.). «Ионная проводимость гибридных плёнок на основе полиакрилонитрила и их применение в аккумуляторах». Журнал прикладной полимерной науки . 27 (11): 4191–4198. doi :10.1002/app.1982.070271110.
  74. ^ Appetecchi, GB; Croce, F.; Scrosati, B. (июнь 1995 г.). «Кинетика и стабильность литиевого электрода в гелевых электролитах на основе поли(метилметакрилата)». Electrochimica Acta . 40 (8): 991–997. doi :10.1016/0013-4686(94)00345-2.
  75. ^ Ахмед, Хавжин Т.; Джалал, Виян Дж.; Тахир, Дана А.; Мохамад, Ажин Х.; Абдулла, Омед Гх. (декабрь 2019 г.). «Влияние ПЭГ как пластификатора на электрические и оптические свойства полимерных электролитных пленок на основе смеси MC-CH-LiBF4». Результаты по физике . 15 : 102735. Bibcode : 2019ResPh..1502735A. doi : 10.1016/j.rinp.2019.102735 .
  76. ^ Вердье, Нина; Лепаж, Давид; Зидани, Рамзи; Пребе, Арно; Эме-Перро, Давид; Пеллерен, Кристиан; Долле, Микаэль; Рошфор, Доминик (27 декабря 2019 г.). «Сшитый эластомер на основе полиакрилонитрила, используемый в качестве гелевого полимерного электролита в литий-ионной батарее». ACS Applied Energy Materials . 3 (1): 1099–1110. doi : 10.1021/acsaem.9b02129 .
  77. ^ Gerbaldi, C.; Nair, JR; Meligrana, G.; Bongiovanni, R.; Bodoardo, S.; Penazzi, N. (январь 2010 г.). «УФ-отверждаемые силоксан-акрилатные гель-сополимерные электролиты для литиевых батарей». Electrochimica Acta . 55 (4): 1460–1467. doi :10.1016/j.electacta.2009.05.055.
  78. ^ Би, Хайтао; Суй, Ган; Ян, Сяопин (декабрь 2014 г.). «Исследования полимерных нановолоконных мембран с оптимизированной структурой ядро–оболочка как выдающихся скелетных материалов в гель-полимерных электролитах». Журнал источников питания . 267 : 309–315. Bibcode : 2014JPS...267..309B. doi : 10.1016/j.jpowsour.2014.05.030.
  79. ^ Левандовски, Анджей; Свидерска-Мочек, Агнешка (декабрь 2009 г.). «Ионные жидкости как электролиты для литий-ионных аккумуляторов — обзор электрохимических исследований». Журнал источников питания . 194 (2): 601–609. Bibcode : 2009JPS...194..601L. doi : 10.1016/j.jpowsour.2009.06.089.
  80. ^ Осада, Ирен; де Врис, Хенрик; Скросати, Бруно; Пассерини, Стефано (11.01.2016). «Полимерные электролиты на основе ионной жидкости для аккумуляторных батарей». Angewandte Chemie International Edition . 55 (2): 500–513. doi :10.1002/anie.201504971. PMID  26783056.
  81. ^ ab Pfaffenhuber, C.; Göbel, M.; Popovic, J.; Maier, J. (2013-10-09). "Электролиты из сырого песка: статус и перспективы". Physical Chemistry Chemical Physics . 15 (42): 18318–18335. Bibcode :2013PCCP...1518318P. doi :10.1039/C3CP53124D. ISSN  1463-9084. PMID  24080900.
  82. ^ Хён, У Джин; де Мораес, Ана CM; Лим, Джин-Мён; Даунинг, Джулия Р.; Пак, Кю-Ён; Тан, Марк Тянь Чжи; Херсам, Марк К. (2019-08-27). «Высокомодульные гексагональные нанопластинчатые гелевые электролиты нитрида бора для твердотельных перезаряжаемых литий-ионных батарей». ACS Nano . 13 (8): 9664–9672. doi :10.1021/acsnano.9b04989. ISSN  1936-0851. PMID  31318524. S2CID  197665200.
  83. ^ Ким, Донгун; Лю, Синь; Ю, Баожи; Матети, Шрикант; О'Делл, Люк А.; Ронг, Цянчжоу; Чэнь, Ин (Иан) (апрель 2020 г.). «Амин-функционализированные нанолисты нитрида бора: новая функциональная добавка для прочного, гибкого ионного гелевого электролита с высоким числом переноса ионов лития». Advanced Functional Materials . 30 (15): 1910813. doi : 10.1002/adfm.201910813 . hdl : 10536/DRO/DU:30135199 . ISSN  1616-301X.
  84. ^ Юань, Хуадун; Най, Цзяньвэй; Тиан, Хэ; Цзюй, Чжиджин; Чжан, Вэнькуй; Лю, Юйцзин; Тао, Синьюн; Лу, Сюн Вэнь (Дэвид) (6 марта 2020 г.). «Сверхстабильный литий-металлический анод, созданный с помощью специально разработанных капсул из фторида металла». Достижения науки . 6 (10): eaaz3112. Бибкод : 2020SciA....6.3112Y. дои : 10.1126/sciadv.aaz3112 . ПМК 7060059 . PMID  32181364. S2CID  212739571. 
  85. ^ Ли, Линьлинь; Ли, Сыюань; Лу, Инъин (2018). «Подавление роста дендритного лития в литий-металлических батареях». Chemical Communications . 54 (50): 6648–6661. doi :10.1039/C8CC02280A. PMID  29796542.
  86. ^ Long, Canghai; Li, Libo; Zhai, Mo; Shan, Yuhang (ноябрь 2019 г.). «Простая подготовка и электрохимические характеристики квазитвердотельной полимерной литий-серной батареи с высокой безопасностью и слабым челночным эффектом». Журнал физики и химии твердого тела . 134 : 255–261. Bibcode : 2019JPCS..134..255L. doi : 10.1016/j.jpcs.2019.06.017. S2CID  197395956.

Внешние ссылки