网状结构离子选择性聚合物电解质对抑制锂硫电池穿梭效应的性能研究

基本信息
批准号:21905139
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:李龙燕
学科分类:
依托单位:南京信息工程大学
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
锂硫电池理论计算离子选择性电解质构效关系
结项摘要

In order to solve the problem of the serious capacity fading and the low coulombic efficiency of lithium-sulfur battery caused by the shuttle effect of polysulfides, the intermediates generated during the charge-discharge process of cathode material, that polysulfides dissolve into electrolyte, pass through separator, migrate to anode and react with it, then migrate back to cathode, this project will prepare the polymer electrolyte with network structure and ion-selective ability by a convenient and workable method to replace with the traditional liquid electrolyte/separator system. The dissolution of polysulfides will be reduced because there is no free liquid electrolyte in the polymer electrolyte. Besides, the ion-selective ability makes the mesh into the special channel: it will promote the transmission of lithium ion in polymer membrane, and prevent polysulfides from passing through separator and migrating to anode, so that the shuttle effect will be restricted. The matrix of the network structure polymer electrolyte will be prepared by sulfonating the poly(ether ether ketone)s and then cross-linking with trimetaphosphate phosphate. The structure-activity relationship between units with different structure and functional groups and their influence on shuttle effect of polysulfides will be researched by experimental characterizations. This project will also establish and optimize the model according to the density functional theory, in order to reveal the general action mechanism between different units with lithium ion and polysulfides, and provide the design idea and theoretical basis of the functional electrolyte membrane with ion-selective ability.

为解决锂硫电池正极充放电中间体聚硫离子溶解于电解液、穿过隔膜迁移至负极并与之反应使其腐蚀,再迁移回正极的往复穿梭行为导致电池容量衰减严重、库伦效率低等问题,本项目通过一种过程简便的方法制备具有离子选择性网孔通道的聚合物电解质膜来替代传统电解液/隔膜体系,聚合物电解质膜不含游离的电解液能够降低聚硫离子的溶解度,同时使网状聚合物中每个网孔成为具有离子选择性的特殊通道,一方面促进电正性锂离子在电解质膜中传输,同时阻碍聚硫阴离子穿过膜体向负极迁移,从而抑制其穿梭行为。网状聚合物电解质膜基体以聚醚醚酮为原料,经磺化、与三偏磷酸盐交联反应制得,通过实验表征研究不同网孔单元结构、官能团组成的电解质膜对聚硫离子穿梭行为影响的构效关系,通过密度泛函理论建立并优化模型,揭示不同网孔单元与电正性锂离子、电负性聚硫离子作用的一般规律,为锂硫电池用功能型离子选择性电解质膜的制备提供设计思路和理论依据。

项目摘要

为解决锂硫电池正极充放电中间体聚硫离子溶解于电解液、穿过隔膜迁移至负极并与之反应使其腐蚀,再迁移回正极的往复穿梭行为导致电池容量衰减严重、库伦效率低等问题,本研究通过一种过程简便的方法制备具有离子选择性网孔通道的聚合物电解质膜来替代传统电解液/隔膜体系,网状聚合物电解质膜基体以聚醚醚酮为原料,经磺化、与三偏磷酸盐交联反应制得。对不同交联度的聚合物膜进行了物理、电化学等性能表征,结果表明聚合物膜呈微孔结构,随交联度增大,聚合物膜更加致密,比表面积降低,膜中无定型程度降低,结晶性增大。电解质膜室温离子传导速率接近液态电解液,随聚合物膜交联度增大其离子传导速率降低,膜中离子传导过程由无定型部分转化为结晶态部分。添加三偏磷酸盐交联剂的聚合物膜锂离子迁移数均接近于1,添加10%交联剂的电解质膜使锂硫电池库伦效率在不同电流密度下均接近100 %,表明聚硫离子的穿梭效应得到有效抑制。本项目成功得到了穿梭效应得到抑制、循环稳定性优秀的锂硫电池,并为锂硫电池用功能型离子选择性电解质膜的制备提供切实可行的设计思路和参考数据。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料LaBiMn_2O_6-Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)的制备与电化学性质

中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料LaBiMn_2O_6-Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)的制备与电化学性质

DOI:10.11862/CJIC.2019.081
发表时间:2019
2

萃取过程中微观到宏观的多尺度超分子组装 --离子液体的特异性功能

萃取过程中微观到宏观的多尺度超分子组装 --离子液体的特异性功能

DOI:10.7538/hhx.2022.yx.2021092
发表时间:2022
3

基于旋量理论的数控机床几何误差分离与补偿方法研究

基于旋量理论的数控机床几何误差分离与补偿方法研究

DOI:
发表时间:2019
4

智能煤矿建设路线与工程实践

智能煤矿建设路线与工程实践

DOI:10.13199/j.cnki.cst.2020.07.010
发表时间:2020
5

现代优化理论与应用

现代优化理论与应用

DOI:10.1360/SSM-2020-0035
发表时间:2020

李龙燕的其他基金

相似国自然基金

1

离子选择性聚合物复合隔膜的构筑,及其对锂硫电池穿梭效应的抑制机制研究

批准号:51773165
批准年份:2017
负责人:丁书江
学科分类:E0305
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
2

锂硫电池用单离子聚合物基功能化改性隔膜的构筑及多硫阴离子穿梭效应抑制研究

批准号:51907173
批准年份:2019
负责人:徐国栋
学科分类:E0707
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
3

基于高强度磺化聚芳醚的锂硫电池多孔隔膜及其多硫离子穿梭效应抑制研究

批准号:51573215
批准年份:2015
负责人:王拴紧
学科分类:E0310
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
4

锂硫电池用单离子传导聚合物电解质研究

批准号:21403202
批准年份:2014
负责人:孙玉宝
学科分类:B0905
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目