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PIMS——锂硫电池的首选材料
发布:lee_9124   时间:2015/10/20 12:19:07   阅读:2685 
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如图所示为PIMS基薄膜,该薄膜具有亚纳米孔,可以使LiTFSI等较小的离子通过而有效阻止较大的聚硫离子(Li2Sx)通过。这种选择性通过阻止不必要的跨界流动,延长了电池寿命,提高了电池性能。图片来源:劳伦斯伯克利国家实验室。

可再生能源包括太阳能和风能,这些能源发展迅速,势头已赶上化石燃料,这是因为其可持续性和环境效益。然而,可再生能源的一个主要问题是没有有效的方法来存储能量,只能在能源需求高时使用可再生能源。锂硫电池可以通过传输电子或形成硫电极,提供高密度、长期和低成本的电化学能量来储存电能。锂硫电池的潜力尚未完全开发。由于可溶性硫物的在膜电极之间的流动不受控制,形成的交叉多硫化合物,降低了电池的效率和寿命。

劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员找到了一种解决多硫化交叉问题的方法,他们制备出聚合物基微孔薄膜(PIMS)。PIMS的特征孔的直径小于1纳米。与具有17nm孔大小的典型膜分离材料相比,这种明显较小的孔提供了具有高度选择性的离子透过性能,有效控制离子在细胞膜之间的运输。使得较小的离子,如锂和钠,可以通过细胞膜,而较大的聚硫质在流动时受阻。当这种材料集成到锂硫电池上时,PIMS膜可以有效地阻止聚硫离子膜的不必要的交叉,阻硫效率是传统膜分离材料的500倍。

伯克利实验室的科学家,分子铸造和储能研究联合中心(JCESR)的首席研究员,同时也领导这项研究的Brett Helms说:“在验证实验中,第一代PIMS膜表现出了前所未有的阻塞特性,即使在硫阴极是能量密度可流动的液体,在锂硫电池的阳极也实现了极大地降低可溶性聚硫物的交叉和透过。PIMS膜的阻塞性能使得电池的持久性和其他性能得到改进。”

Helms 是该篇论文的通讯作者,这项研究发表在《纳米快报》上。论文的合作者包括Changyi Li, Ashleigh Ward, Sean Doris, Tod Pascal和David Prendergast。

Helms 说:“在理论计算的指导下,我们开发出在非水电解质中具有高通量的离子选择性运输PIMS膜。PIMS经过一次合成,轻松实现了大面积层上的孔隙结构和孔化学性能控制。”

PIMS微孔结构的关键是两个独特的分子特点:沿着主链的化学键无旋转性和刚性急弯处合并成至少一个单体聚合物链。由于这两个特点,无定形的PIMS膜但仍表现出高的内在微孔率和高的表面积。

“使用分子工程和聚合物处理,此PIMS膜的孔隙大小、孔隙化学性质和总体孔隙度可调,其传输特性广泛适用于电化学设备、电池、燃料电池。经过成功的验证实验表明,离子运输的革命时代即将来临。”


来源:新材料在线
 
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