Вес аккумулятора 190 с электролитом: Сколько Весит Аккумулятор 190 Ампер

H ₂ O содержит частично положительно заряженные атомы H и частично отрицательно заряженные атомы O. Н-связь (O – H ··· O) образуется между атомом O и атомом H соседнего H ₂ O в результате электростатического взаимодействия, в основном ³⁷ . Значительно отклоняясь от закона гидридов халькогенов (рис.1а) вода имеет нелогично высокую температуру замерзания из-за большого количества Н-связей. При температуре ниже 0 ° C вода может легко превратиться в лед, что сопровождается образованием дополнительных 0,52 H-связей на H ₂ O (дополнительное примечание 1). Таким образом, разрушение водородных связей в воде увеличило бы разрыв энергии преобразования между водой и льдом в термодинамике. Кроме того, зарождение льда, как начальная стадия замораживания, зависит от молекул воды с тетраэдрически координированной структурой, растущих в стопку гексагональных последовательностей ¹⁷ (дополнительный рис.1). Таким образом, регулирование количества водородных связей и уменьшение количества молекул воды, сильно связанных водородом, может достоверно подавить замерзание воды в кинетическом пути.

a Температура замерзания гидридов халькогенов. H ₂ O заметно отклоняется от закона между температурой замерзания и молекулярной массой. Идеальная точка замерзания отмечена длинной линией. b Схема эволюции структуры воды и электролита и конструкция раствора с низкой температурой T _t .Исходная водная сеть, связанная водородными связями, может легко трансформироваться в ледяную сеть при 0 ° C. После добавления ZnCl ₂ сетка водородных связей разрывается из-за сильного взаимодействия между ионами и водой, в то время как взаимодействия ионов усиливаются. Уравновешивая водородные связи и ионные взаимодействия для модуляции T _t , электролит с критическим значением \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) может работать при чрезвычайно низкой температуре. c Оптические фотографии различных \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) электролитов при 25 и −70 ° C.При -70 ° C электролит с низким / высоким значением \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) является твердым, а умеренный \ ({\ mathrm {C}} _ {{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) (7,5–10 м) электролит остается жидким.

Обладая многовалентным зарядом и малым радиусом, Zn ²⁺ обладает большим электрическим полем и генерирует сильные электростатические взаимодействия с диполярной молекулой воды и, таким образом, перестраивает координационные структуры молекул воды вокруг ионов металлов. Атомы O удерживаются ионами металлов посредством гидратации и практически не участвуют в образовании Н-связей, что приводит к значительному снижению количества Н-связей.В принципе, по мере увеличения концентрации соли металла разрушается больше водородных связей в воде. Следовательно, ожидается, что электролит с восстановленными водородными связями останется в жидком состоянии при отрицательной температуре. Однако введение массы солей металлов — палка о двух концах. Физические характеристики раствора также ухудшаются из-за такого концентрированного содержания. Во-первых, усиленное взаимодействие между катионами и анионами приводит к высокой вязкости, что приводит к вредному процессу массопереноса и высокому T _t ^36,38,39 .Между тем, растворимость солей металлов значительно снижается при понижении температуры, а тенденция к вытеснению соли сильно ограничивает диапазон температур жидкости. Поэтому для получения раствора с низкой T _t мы ввели хорошо растворимую соль — ZnCl ₂ и учли как модуляцию водородных связей, так и взаимодействия катион-анион, реализовали максимальное ингибирование перехода жидкость-твердое тело. регулируя \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \). Как показано на рис.1b, исходная структура водородных связей разрушается из-за сильной диполь-дипольной силы между ионными частицами и молекулами воды, и возникают конфигурации сольватации Zn ²⁺ . Этот электролит в основном состоит из молекулы воды со слабым взаимодействием водородных связей, Zn (H ₂ O) ₂ Cl ₄ ^2–, ZnCl ⁺ и Zn (H ₂ O). ₆ ²⁺ . Слабая водородная связь снижает температуру замерзания воды, в то время как усиленные ионные взаимодействия повышают T _t электролита.Таким образом, балансировка двух вышеуказанных аспектов может модулировать T _t , а критический \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) означает, что этот электролит может работать при чрезвычайно низкой температуре. , который выявляется жидким электролитом с умеренным \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) при –70 ° C (рис. 1в).

Структуры электролита и переходы твердое тело-жидкость

Рамановская спектроскопия была проведена для изучения эволюции водородных связей и образования конфигураций сольватации в электролите с увеличением \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \).На рис. 2а, б валентное колебание O – H молекул воды (3000–3700 см, ^–1 ) демонстрирует очевидный широкий пик, который часто сворачивается на три составляющих. Основываясь на предыдущих отчетах ^40,41 , пик комбинационного рассеяния постепенно смещается в синюю сторону по мере ослабления взаимодействия водородных связей, поэтому волновые числа главного пика, расположенные на ∼3230, ∼3450 и ∼3620 см ⁻¹ , соответствуют молекулам воды с сильные, слабые и не водородные связи соответственно. При добавлении ZnCl ₂ пики сужаются до высоких частот, что указывает на уменьшение доли сильных водородных связей в растворе ⁴² .Для дальнейшего количественного определения воды в различных H-связанных состояниях, отношения рассчитываются на основе площади подобранных пиков (дополнительный рис. 2). На рис. 2с, сильно связанная водородом вода уменьшается, а несвязанная водородом вода увеличивается с увеличением \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \), что свидетельствует о постепенном разрушении водорода. -связь с концентрацией солей. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) ¹ H также использовался в качестве чувствительного индикатора для дальнейшего изучения сети водородных связей в электролите ^43,44 .Как мы видим, химический сдвиг ¹ H в сильное поле как \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) из-за разрыва Н-связей между молекулами воды ( Дополнительный рис. 3). Кроме того, мы смоделировали различные \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) электролит с помощью молекулярной динамики (МД). Интуитивно, снимки смоделированной жидкой фазы показывают массивное сокращение водородных связей за счет индуцирования ZnCl ₂ (рис. 2d). В частности, для выявления локальной координации водородных связей молекул воды было исследовано распределение молекул воды с различным числом водородных связей (рис.2д). В чистой воде молекулы воды с 4 H-связями являются доминирующими и составляют воду с тетраэдрически координированной структурой, которая играет решающую роль в зарождении льда. При увеличении \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) количество Н-связей доминирующих молекул воды уменьшается до 2 и даже до 0 при 7,5 и 30 м \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) электролита соответственно. Таким образом, уменьшение 4 H-связанных молекул воды с увеличением \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) подавляет зародышеобразование льда, что препятствует замораживанию воды с точки зрения кинетики.

валентная вибрация O – H для различных \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) электролитов. b Подгоняемое валентное колебание O – H, представляющее молекулы воды с сильными, слабыми и не водородными связями. c Доля воды, сильно связанной с водородом, и воды, не связанной с водородом. d Снимок МД моделирования воды и 30 м ZnCl ₂ электролита. Красная линия представляет водородные связи. e Доля различных молекул воды, связанных водородом. f Рамановские пики, представляющие конфигурации сольватации Zn ²⁺ . г Подгоняемые пики 7,5 и 30 м ZnCl ₂ электролита. ч Пиковое значение Zn (H ₂ O) ₂ Cl ₄ ^2–, ZnCl ⁺ и полиядерный агрегат. i Число водородных связей и энергии электростатического взаимодействия, полученные с помощью МД-моделирования. j Рассчитанные взаимодействия между ионами и водой и энергии образования конфигураций сольватации Zn ²⁺ .

Сольватационные конфигурации Zn ²⁺ в различных электролитах \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) также обнаружены с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния в диапазоне 200–450 см ^{−1 35,45} . Как показано на рис. 2f, чистая вода не показывает пиков в этом диапазоне. Для сравнения, при введении ZnCl ₂ новый пик на 284.0 см ⁻¹ появляется и продолжает увеличиваться с \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \), что соответствует образованию конфигураций сольватации Zn ²⁺ . По мере увеличения концентрации до 30 мкм начальный пик превращается в два пика, что свидетельствует о новом способе координации для Zn ²⁺ . Для более точной идентификации видов мы подобрали пики и взяли 7,5 и 30 м ZnCl ₂ электролит в качестве примеров умеренного и высокого \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) электролит (рис.2g и дополнительный рис. 4). Для 7,5 м электролита ZnCl ₂ имеется три пика, расположенных при 284,9, 311,8 и 405,6 см ⁻¹ , представляющих Zn (H ₂ O) ₂ Cl ₄ ^2– , ZnCl ⁺ и Zn (H ₂ O) ₆ ²⁺ соответственно. Для почти насыщенной концентрации 30 м \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \), ZnCl ₄ ^2– и многоядерный агрегат Zn – Cl, пики которого расположены на 236.4 и 334,3 см ⁻¹ , заменяет Zn (H ₂ O) ₆ ²⁺ и ZnCl ⁺ . Возникающий полиядерный агрегат Zn – Cl предполагается как расплав / твердое тело ZnCl ₂ ⁴⁵ . Из-за конкуренции между Cl ^– и молекулами воды за позиции, смежные с Zn ²⁺ , среднее количество координирующей воды вокруг Zn ²⁺ сокращается, а безводный ZnCl ₄ ^2– и Полиядерные агрегаты Zn – Cl образуются с возрастанием \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \).Средние координационные числа Zn с O (H ₂ O) и Cl рассчитаны на основе моделирования методом МД, демонстрирующего дегидратацию конфигураций сольватации Zn ²⁺ с \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) возрастает (дополнительный рис. 5). Что еще более важно, значение пика комбинационного рассеяния Zn (H ₂ O) ₂ Cl ₄ ^2– и ZnCl ⁺ показано на рис. 2h, а смещение пиков в синий цвет показывает усиление взаимодействия ионов с увеличением \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) ³⁸ , что также демонстрируется полной потенциальной энергией электростатического взаимодействия между катионами, анионами и молекулами воды при МД-моделировании (рис.2i). Так же, как и водородная связь, усиленные ионные взаимодействия повышают T _t электролита. Неизбежно существует критический \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \), способствующий слабым взаимодействиям водородных связей и ионов, который может достигать самого низкого T _t и применяться к низким -температурный электролит.

Для выявления механизма разрыва Н-связи и образования конфигураций сольватации в результате введения ZnCl ₂ , взаимодействия между ионами и водой были проведены с помощью расчета теории функционала плотности (DFT).Преобладает электростатическое взаимодействие, взаимодействие H ₂ O-H ₂ O (рассматриваемое как водородная связь) демонстрирует энергию связи –5,1 ккал моль ^-1 . По сравнению с молекулой воды без заряда, ионы демонстрируют более сильное электростатическое и индукционное взаимодействие и, следовательно, более высокие энергии связи ³⁷ . Высокая энергия связи –98,5 ккал / моль ^-1 между Zn ²⁺ и H ₂ O наделяет Zn ²⁺ способностью разрывать водородные связи и восстанавливает структуру электролита с сольватационными конфигурациями (рис. .2j). Также исследуются конфигурации сольватации Zn ²⁺ , включая Zn (H ₂ O) ₂ Cl ₄ ^2–, ZnCl ⁺ , Zn (H ₂ O) ₆ ²⁺ и ZnCl ₄ ^2–. Высокая энергия пласта означает, что они находятся в стабильном и низкоэнергетическом состоянии, что делает их более стабильными и трудными для диссоциации на ионы и воду.

Чтобы продемонстрировать наш принцип дизайна для раствора с низким T _t , характеристики и температура переходов твердое тело-жидкость различных \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) электролит исследовали с помощью дифференциального сканирующего калориметра (ДСК), который может конкретно выявить термодинамические изменения, сопровождаемые температурой ^46,47 .На рис. 3а показано изменение температуры различных \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) электролита при повышении температуры от –150 до 20 ° C. Обнаружено, что электролит различных \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) демонстрирует различные переходы твердое тело-жидкость, включая плавление льда, переход стекло-жидкость и растворение солей. Обычно процессы таяния льда и растворения соли показывают острые эндотермические пики, а переход стекло-жидкость проявляется как очевидный шаг, вызванный повышенной теплоемкостью ⁴⁶ .Возникновение стеклования является результатом обильного существования низкоэнергетической структуры, которая приводит к захвату электролита в локальные минимумы энергии ^48,49 . На рисунке 3b четко показано соотношение V-образной формы между основным T _t и \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) и самым низким T _t , равным −114. ° C достигается при критической концентрации 7,5 м3. Ниже 7,5 м в T _t в основном преобладают восстановленные водородные связи. На высоте более 7,5 м T _t увеличивается с увеличением \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \), поскольку T _t этого \ ({\ mathrm { C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) преобладают усиленные ионные взаимодействия.При малых \ ​​({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) 1–5 м процесс нагрева включает два перехода твердое тело-жидкость — второстепенный процесс перехода стекло – жидкость ниже — 100 ° C и основной процесс таяния льда. В диапазоне \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) 7,5–20 м происходит только переход стекло – жидкость. Когда \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) равно 30 м, переходы твердое тело-жидкость включают второстепенный процесс перехода стекло-жидкость ниже –60 ° C и основной процесс растворения соли соответствует острому эндотермическому пику при 1.2 ° С. Конкретные значения T _t приведены в дополнительной таблице 1. Для более интуитивной визуализации этих трех переходов применяется наблюдение in situ с помощью поляризационного микроскопа в соответствии с изотропией и анизотропией электролита в различных состояниях ⁵⁰ (рис. 3c). Граница смеси лед-жидкость наблюдается на оптической фотографии 5-метрового электролита ZnCl ₂ при –100 ° C, демонстрируя, что низкая \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _2} \) электролит во время охлаждения сначала подвергается замерзанию воды, а затем стеклованию оставшегося раствора (чей \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) больше, чем у электролита исходный раствор) при более низкой температуре.В электролите ZnCl ₂ толщиной 7,5 м имеются осколки с острыми краями и трещинами в стекле при –120 ° C, вызванные переходом жидкость – стеклование и сопутствующим разрушением хрупкого стекла. С повышением температуры острые края осколков сглаживаются и трещины восстанавливаются, что свидетельствует об превращении электролита из хрупкого стекла в подвижную жидкость. Отсутствие кристаллов при –120 ° C свидетельствует об образовании только стекла ZnCl ₂ -H ₂ O в 7.5 м ZnCl ₂ электролита. При высокой концентрации 30 м ZnCl ₂ электролит показывает осаждение солей во время охлаждения и превращается в две фазы твердого ZnCl ₂ и электролита \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm { ZnCl}} _ 2} \) <30 м, который претерпевает переход жидкость – стекло при более низкой температуре. На основании данных ДСК и поляризационного микроскопа определен фазовый состав раствора ZnCl ₂ при различной температуре и концентрации.

Термодинамическое изменение и переход различных \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) электролитов при низкой температуре. a DSC-тест от -150 до 20 ° C при скорости нагрева 5 ° C мин. ^–1 . b Основной T _t стих \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) и фазовый состав раствора ZnCl ₂ при различной температуре и концентрации. c Наблюдение в поляризационном микроскопе 5, 7.5, и 30 м ZnCl ₂ электролита примерно при T _t соответственно. Масштабная линейка составляет 200 мкм. d Расчетные профили энергии выделенной фазы ZnCl ₂ и H ₂ O, а также одиночной фазы после растворения ZnCl ₂ в H ₂ O при 100 ~ 300 К. e Расчетный переходное состояние при переходе от стеклянного состояния к отделенному кристаллическому состоянию. f Траектория движения Zn ²⁺ в МД-моделировании при 100 и 300 К.

Чтобы в дальнейшем раскрыть необычный механизм стеклования электролита на основе ZnCl ₂ , мы рассчитали изменение энергии 7,5 м ZnCl ₂ электролита в различных состояниях с опорной точкой энергии ZnCl ₂ (s) и H ₂ O (l) при 300 K. Большой энергетический зазор между ZnCl ₂ (s) + H ₂ O (l) разделенной фазой и ZnCl ₂ -H ₂ O (водн. фаза обеспечивает легкое растворение ZnCl ₂ при 300 К.Когда температура снижается до 200 К, энергетическая щель резко сокращается из-за замораживания H ₂ O в отделенной фазе. При дальнейшем понижении температуры порядок энергии меняется на противоположный, поскольку аморфное стекло является метастабильным ^51,52 и обладает более высокой термодинамической энергией, чем кристаллизованный ZnCl ₂ и лед. Однако для перехода от стекла к кристаллу необходимо преодолеть энергетический барьер для разделения фаз, который запрещен из-за ограниченного теплового движения при чрезвычайно низкой температуре (рис.3д, е). При 100 К выбранный Zn ²⁺ оседает и может перемещаться не более 0,5 Å вокруг начала координат, из которых 8,3 Å при 300 К (дополнительный рис. 6). В результате низкотемпературные спектры комбинационного рассеяния показывают, что вода и ионы связаны так же, как и в жидком состоянии, и вряд ли могут образовывать кристаллизованный ZnCl ₂ даже при –150 ° C (дополнительный рис. 7), из которых конфигурация достигает минимума энергии системы. Энергетический барьер и щель при кристаллизации стекла подразумевают, что она происходит при относительно высокой температуре и представляет собой экзотермический процесс, что подтверждается холодной кристаллизацией стекла ZnSO ₄ -H ₂ O при –52 ° C ( Дополнительный рис.8).

Низкотемпературные характеристики электролита и Zn анода

Помимо предотвращения замерзания электролита, электрохимические характеристики LTE также важны для работы LTZB, особенно в отношении высокой ионной проводимости и хорошей совместимости с анодом из Zn. Чтобы оптимизировать и выбрать подходящий ЛТР с превосходной ионной проводимостью при низкой температуре, ионные проводимости различных \ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \) электролитов (1, 5, 7 .5, 10 и 30 м) и обычный электролит (2 м ZnSO ₄ и 2 м Zn (CF ₃ SO ₃ ) ₂ электролит) испытывались в интервале температур –100 ~ + 60 ° C (рис. 4a и дополнительная таблица 2). Из-за затрудненной ионной проводимости полностью замороженного электролита при низкой температуре (дополнительный рисунок 9), 2 м ZnSO ₄ и 2 м Zn (CF ₃ SO ₃ ) ₂ электролит демонстрируют быстрое распад ионная проводимость, равная 6.41 × 10 ^–9 и 3.79 × 10 ^–8 мСм см ^–1 при –40 и –60 ° C соответственно. Для сравнения, электролит на основе ZnCl ₂ показывает относительно высокую ионную проводимость при –100 ~ + 60 ° C, за исключением электролита WIS с высокой концентрацией 30 мкм. Несмотря на то, что 1 и 5 м ZnCl ₂ электролит замерзает при –12,6 и –46,0 ° C соответственно, они обладают высокой ионной проводимостью при низкой температуре, что является результатом ионной проводимости, поддерживаемой остающимся концентрированным электролитом ниже их основной T _t .Между тем, наличие твердого льда препятствует ионной проводимости и делает их ионную проводимость на одну десятую меньше, чем у незамерзшего электролита ZnCl ₂ с размером частиц 7,5 мкм при –80 ° C. Хотя 10 м электролита ZnCl ₂ имеет низкую T _t ниже –100 ° C, он также показывает более быстрое снижение ионной проводимости, чем электролит 7,5 м ZnCl ₂ . Основываясь на расширенном температурном диапазоне жидкой фазы и относительно низкой концентрации, электролит 7,5 м ZnCl ₂ показывает высокую ионную проводимость, равную 1.79 мСм см ^–1 при –60 ° C и 0,02 мСм см ^–1 даже при –100 ° C.

a Ионная проводимость различных электролитов в диапазоне температур –100 ~ + 60 ° C. b Энергии активации ионной проводимости в различных электролитах при нормальной и низкотемпературной стадиях. c ЦВА асимметричной ячейки Zn || Cu при –70 ° C. d Профили напряжения покрытия / снятия цинка в асимметричной ячейке Zn || Cu при –70 ° C. e Циклические характеристики симметричной Zn || Zn ячейки при –70 ° C.

Чтобы точно показать эволюцию ионной проводимости с температурой, энергии активации ионной проводимости в электролите были рассчитаны на основе уравнения Аррениуса ³ . Как показано на рис. 4b, существует две стадии, включая стадию нормальной температуры и стадию низкой температуры, в которых показаны разные энергии активации. Конкретный температурный диапазон и энергия активации для различных электролитов указаны в дополнительной таблице 3.Из-за экспоненциальной зависимости между энергией активации и ионной проводимостью более низкая энергия активации при ионной проводимости подразумевает более высокую температурную независимость электролита, что повышает его низкотемпературные характеристики. Энергия активации на стадии I ясно показывает, что более высокая концентрация электролита ZnCl ₂ вызывает более высокую энергию активации. Однако на стадии II 7,5 м электролит ZnCl ₂ демонстрирует самую низкую энергию активации 0,374 эВ, обусловленную его незамерзающим свойством при температуре выше –100 ° C, что приводит к самой высокой низкотемпературной ионной проводимости среди вышеуказанных электролитов.Несмотря на то, что 10 м электролита ZnCl ₂ размораживается в этом диапазоне температур, более высокая концентрация приводит к более высокой энергии активации (0,536 эВ), вызывая относительно низкую ионную проводимость. Частично замороженные 1 и 5 мкм электролиты ZnCl ₂ также показывают большую энергию активации на стадии II, чем незамерзший 7,5 мкм электролит ZnCl ₂ . 2 м ZnSO ₄ и Zn (CF ₃ SO ₃ ) ₂ полностью замороженный электролит показывают самую высокую энергию активации, равную 3.067 и 3.641 эВ на стадии II соответственно. Таким образом, для ЛТР требуются незамерзшие свойства и относительно низкая концентрация. Философия конструкции LTE может быть заключена как использование электролита с самой низкой концентрацией с предпосылкой поддержания жидкого состояния при сверхнизкой температуре, которая обладает низкой энергией активации и высокой ионной проводимостью. В результате мы выбрали 7,5 м электролита ZnCl ₂ в качестве ЛТР для дальнейшего исследования его электрохимических характеристик.

Асимметричные и симметричные Zn-батареи были собраны с целью исследования Zn-совместимости LTE.Кривая циклической вольтамперометрии (CV) асимметричных Zn || Cu-батарей показывает обратимую окислительно-восстановительную реакцию цинкования / зачистки (рис. 4c и дополнительный рис. 10), а также высокая плотность тока 1,8 мА · см ^-2 . достигается при –70 ° C. Для точной количественной оценки обратимости цинкования / удаления цинка в LTE, кулоновская эффективность (CE) асимметричных Zn || Cu батарей была протестирована в общих подходах ^53,54 . Высокий средний CE 97,93 и 99,52% достигается при 25 и –70 ° C, соответственно, и достигается долговременное покрытие / удаление цинка (рис.4d и дополнительный рис. 11). Высокая обратимость может быть приписана более высокой сольватационной структуре Zn ²⁺ и меньшему количеству свободного растворителя, вызванному электролитом с более высокой концентрацией ^35,36 (дополнительный рис. 12). Кроме того, были испытаны симметричные ячейки Zn || Zn на основе 2 м ZnSO ₄ , Zn (CF ₃ SO ₃ ) ₂ электролита и ЛТР (дополнительный рис. 13). Батареи с 2 м электролитом ZnSO ₄ и Zn (CF ₃ SO ₃ ) ₂ демонстрируют резко повышенное перенапряжение и выход из строя батареи из-за полностью замороженного электролита.Несмотря на то, что симметричная батарея, использующая LTE, демонстрирует повышенное перенапряжение из-за пониженной ионной проводимости и медленной кинетики осаждения / удаления цинка при низкой температуре, она продолжает работать при –90 ° C, демонстрирует высокую температурную стабильность и выдерживает циклические нагрузки при –70 ° C в течение 450 h (рис. 4д). Высокая ионная проводимость, хорошая совместимость с Zn и широкое электрохимическое окно (дополнительный рис. 14) ЛТР демонстрируют его применимость в сверхшироком диапазоне температур от –100 до + 60 ° C.

Батареи с органическим катодом LTE и PANI

Плотность энергии полных батарей в основном зависит от электрохимических характеристик материалов катода.Однако Zn ²⁺ с высоким зарядом демонстрирует медленную кинетику внедрения для неорганических материалов ^55,56 , что приводит к быстрому снижению емкости при низкой температуре. В последнее время внимание уделяется органическим материалам для низкотемпературных аккумуляторов из-за того, что аккумуляторы заряда расположены в основном на поверхностных группах, и высокая емкость не зависит от температуры ^26,57,58 . Поэтому, опираясь на окислительно-восстановительный механизм трансформации структуры бензол / хинон и соответствующую компенсацию ионов, для построения LTZB был выбран ПАНИ.Конфигурации и окислительно-восстановительный механизм PANI | LTE | Zn показаны на рис. 5а.

a Конфигурации и окислительно-восстановительный механизм аккумуляторов PANI | LTE | Zn. b Кривые разряд-заряд аккумуляторов PANI | LTE | Zn в диапазоне температур –90 ~ + 60 ° C. c Сравнение батарей с обычным электролитом и LTE в различных температурных характеристиках. d Циклические характеристики при –70 ° C и 0.2 A g ^–1 . e Схема собранной ячейки пакета и светящихся светодиодов двумя последовательно намотанными ячейками при –70 ° C. f Разрядно-зарядные кривые пакетного элемента PANI | LTE | Zn при 20, –20 и –70 ° C.

Структура полученного ПАНИ была охарактеризована с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния ^59,60,61 (дополнительный рис. 15). Чтобы продемонстрировать механизм трансформации структуры бензол / хинон и его соответствие температуре, для аккумуляторов PANI | LTE | Zn применяется спектроскопия комбинационного рассеяния in situ при 20, –70 и –90 ° C.Обратимое изменение сигнала хинон / бензол катода PANI во время окислительно-восстановительного процесса при –70 ° C, что соответствует таковому при 20 ° C и чрезвычайно низкой температуре –90 ° C (дополнительное примечание 2 и рис. 16), демонстрирует высокая окислительно-восстановительная обратимость и хладостойкость катода ПАНИ. При преобразовании внутренней структуры катод поддерживает баланс заряда за счет адсорбции / десорбции ионов, что подтверждается рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией и электрохимическим микровесом кристалла кварца in situ (дополнительные рис.17–18). В частности, механизм компенсации ионов во время разряда выражается как десорбция Zn (H ₂ O) ₂ Cl ₄ ^2– и гибридная адсорбция H ⁺ / ZnCl ⁺ (дополнительное примечание 3), что дает накопитель энергии псевдоемкости в батареях PANI | LTE | Zn, что подтверждается циклической вольтамперометрией (дополнительный рис. 19). Несмотря на то, что катод PANI имеет один и тот же окислительно-восстановительный механизм при нормальной и низкой температуре, медленная кинетика массопереноса при низкой температуре приводит к ослабленным окислительно-восстановительным пикам и повышенной электрохимической поляризации.

На рисунке 5b показаны кривые заряда-разряда батарей PANI | LTE | Zn в диапазоне от 90 до +60 ° C, что соответствует зарегистрированной температуре поверхности земли от -89,2 ° C (Долина Смерти, Калифорния, США, 1913 г.) до 56,7 ° C (станция Восток, Антарктида, 1983), и несколько батарей могут работать в таком жестком температурном диапазоне (дополнительный рис. 20). При высокой плотности тока 1 А г ⁻¹ емкости быстро убывают, а кривые заряда-разряда становятся почти треугольными из-за пониженного ионного переноса ЛТР и повышенной электрохимической поляризации.Когда ток снижается до 20 мА g ⁻¹ , емкость восстанавливается до 106,2 мА h g ⁻¹ при –70 ° C. Подробные характеристики производительности при –70 ° C показаны на дополнительном рисунке 21. Даже если температура упадет до –90 ° C, батареи PANI | LTE | Zn все еще будут работать и будут иметь емкость 20,4 и 50,6 мА ч г ^{— 1} при 20 и 10 мА g ⁻¹ соответственно. Для сравнения, аккумуляторы PANI || Zn с 2 м ZnCl ₂ , ZnSO ₄ и Zn (CF ₃ SO ₃ ) ₂ тормозятся пониженной рабочей температурой (рис.5в). Отказ батареи происходит последовательно при –25 ° C для электролита ZnSO ₄ и –50 ° C для электролита Zn (CF ₃ SO ₃ ) ₂ , что согласуется с испытанием симметричного Zn-элемента. Аккумулятор на основе 2 м электролита ZnCl ₂ показывает относительно высокую емкость, поскольку электролит включает две фазы при –50 ° C: твердый лед и раствор ZnCl ₂ (\ ({\ mathrm {C}} _ ​​{{\ mathrm {ZnCl}} _ 2} \)> 2 m, концентрация которого поддерживает жидкость при этой температуре), а жидкий раствор ZnCl ₂ поддерживает работу батареи.Однако из-за того, что твердый лед препятствует ионной проводимости, аккумулятор сохраняет низкую емкость (44,2%), что свидетельствует о необходимости незамерзшего электролита для LTZB. Аккумулятор, использующий незамерзший LTE, демонстрирует превосходную устойчивость к низким температурам и сохраняет высокую емкость 64,7% при –50 ° C. Циклические характеристики батарей PANI | LTE | Zn при –70 ° C показаны на рис. 5d, а длительные циклы (~ 2000) достигаются с сохранением емкости ~ 100% при 0,2 A g ⁻¹ . Кроме того, ячейка мешочка 1.15 А ч изготавливается с многослойным электродом, уложенным в стопку. На рис. 5e две последовательно соединенные ячейки могут питать светодиоды при –70 ° C. Ячейка-пакет PANI | LTE | Zn на 1,15 А ч может сохранять высокую емкость 0,50 А ч при –70 ° C (сохранение емкости 43,4%, рис. 5f). Этот пакетный элемент на основе LTE обладает устойчивостью к низким температурам, а плотность энергии пакетного элемента оценивается в 97,9 и 42,6 Вт · ч · кг ⁻¹ при комнатной температуре и –70 ° C соответственно в зависимости от массы активных материалов. (Плотность энергии 38.9 и 16,9 Вт · ч кг ⁻¹ при комнатной температуре и –70 ° C достигаются на основе общей массы элемента, дополнительная таблица 4). Чтобы расширить область применения LTE, кроме того, были исследованы батареи, связанные с общим неорганическим катодом V ₂ O ₅ · 1,6 H ₂ O и LTE. Хотя низкотемпературное сохранение емкости аккумуляторов V ₂ O ₅ · 1,6 H ₂ O | LTE | Zn (45,9% при –50 ° C) не может сравниться с аккумуляторами PANI | LTE | Zn , он показывает более высокое удержание емкости (68.6% при –25 ° C), чем при использовании 2 м ZnCl ₂ , Zn (CF ₃ SO ₃ ) ₂ и ZnSO ₄ электролита (62,8, 12,7 и 0,4% при –25 ° C соответственно, дополнительный рис. 22). В результате превосходные низкотемпературные электрохимические характеристики аккумуляторов PANI | LTE | Zn, V ₂ O ₅ · 1,6 H ₂ O | LTE | Zn и карманного элемента демонстрируют высокую универсальность LTE и возможность удовлетворить потребность в крупномасштабном применении в экстремально холодных условиях.

Заявка на патент США на ЛИТИЕВУЮ ВТОРИЧНУЮ БАТАРЕЮ, СОДЕРЖАЩУЮ ЗАЯВКУ НА РЕШЕНИЕ НЕОРГАНИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРОЛИТА (Заявка № 20210098826 от 1 апреля 2021 г.)

Настоящее изобретение относится к литиевой вторичной батарее, содержащей раствор неорганического электролита, с улучшенными характеристиками высокой емкости.

Настоящая заявка испрашивает преимущество корейской патентной заявки № 10-2018-0081308, поданной 12 июля 2018 г. в Корейское ведомство интеллектуальной собственности, раскрытие которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.

С развитием технологий и увеличением спроса на мобильные устройства потребность в перезаряжаемых вторичных батареях небольшого размера и большой емкости резко возрастает. Среди вторичных батарей коммерциализируются и широко используются литиевые вторичные батареи, имеющие высокую плотность энергии и напряжение.

Литиевая вторичная батарея обычно изготавливается путем размещения двух электродов, имеющих разные потенциалы, с разделителем, расположенным между двумя электродами, чтобы предотвратить короткое замыкание между ними, и впрыскивания электролита для переноса ионов лития на два электрода.В большинстве литиевых вторичных батарей используются жидкие электролиты, содержащие соли лития, растворенные в органических растворителях.

В последнее время проблемы безопасности литиевых вторичных батарей, такие как пожары и взрывы в экстремальных ситуациях, таких как высокая температура и перезаряд, привели к необходимости конструировать батареи, не содержащие горючие и легковоспламеняющиеся органические растворители, и для удовлетворения этой потребности было проведено множество исследований негорючих материалов. электролиты, например, растворы неорганических электролитов на основе диоксида серы.

Растворы неорганических электролитов на основе диоксида серы обладают ионной проводимостью (примерно от 78 до 80 мСм / см), которая примерно в 7 раз выше, чем растворы органических электролитов, и, таким образом, они будут иметь преимущество с точки зрения высокоскоростных характеристик.

Однако растворы неорганических электролитов на основе диоксида серы обладают недостаточной смачиваемостью на отрицательных электродах из гидрофобного углеродного материала, обычно используемых в литиевых вторичных батареях, что снижает скорость диффузии ионов лития, а также интеркаляцию и деинтеркаляцию ионов лития на отрицательных электродах из углеродного материала. является плохим во время высокоскоростной зарядки / разрядки, что приводит к низкой эффективности зарядки / разрядки, и, соответственно, необходимы улучшения.

Настоящее раскрытие разработано для решения вышеописанной проблемы, и поэтому настоящее раскрытие направлено на обеспечение литиевой вторичной батареи с улучшенными характеристиками высокоскоростной зарядки / разрядки с использованием диоксида серы. раствор неорганического электролита и отрицательный электрод на основе углерода вместе.

Согласно аспекту настоящего раскрытия, в первом варианте осуществления предоставляется литиевая вторичная батарея, включающая в себя положительный электрод, отрицательный электрод, сепаратор, расположенный между положительным электродом и отрицательным электродом, и раствор неорганического электролита на основе диоксида серы, в котором отрицательный электрод включает углеродный материал, покрытый оксидом титана (TiO _x , 0

Согласно второму варианту осуществления настоящего раскрытия, в первом варианте осуществления предоставляется литиевая вторичная батарея, в которой оксид титана включает TiO, TiO _0,5 , TiO _0,68 , TiO _1,3 , TiO _1,5 , TiO _1,7 , TiO _1,9 смеси любых из них.

Согласно третьему варианту осуществления настоящего раскрытия, в первом или втором варианте осуществления предоставляется литиевая вторичная батарея, в которой оксид титана покрыт в количестве 0.От 5 до 20 мас.%, От 0,5 до 10 мас.% Или от 1 до 5 мас.% В зависимости от количества углеродного материала.

Согласно четвертому варианту осуществления настоящего раскрытия, в любом из вариантов с первого по третий предоставляется литиевая вторичная батарея, в которой углеродный материал включает природный графит, искусственный графит, аморфный твердый углерод, низкокристаллический мягкий углерод, углерод. черный, ацетиленовая сажа, кетженская сажа, Super P, графен, волокнистый углерод или их смеси.

Согласно пятому варианту осуществления настоящего раскрытия, в любом из вариантов с первого по четвертый предоставляется литиевая вторичная батарея, в которой раствор неорганического электролита на основе диоксида серы включает диоксид серы (SO ₂ ) и литиевая соль.

Согласно шестому варианту осуществления настоящего раскрытия, в любом из вариантов с первого по пятый предоставляется литиевая вторичная батарея, в которой углеродный материал, покрытый оксидом титана (TiO _x , 0

Согласно седьмому варианту осуществления настоящего раскрытия, в любом из вариантов с первого по шестой предоставляется литиевая вторичная батарея, в которой предшественником оксида титана является бутоксид титана, изопропоксид титана, тетрахлорид титана, этоксид титана или смеси любых из них.

Согласно восьмому варианту осуществления настоящего раскрытия, в любом из вариантов с первого по седьмой предоставляется литиевая вторичная батарея, в которой литиевая соль включает LiAlCl ₄ , LiGaCl ₄ , LiBF ₄ , LiBCl ₄ , LiInCl ₄ или их смеси.

Согласно девятому варианту осуществления настоящего раскрытия, в любом из вариантов с первого по восьмой предоставляется литиевая вторичная батарея, в которой диоксид серы (SO ₂ ) присутствует в количестве от 1 до 6 моль, исходя из на 1 моль литиевой соли в растворе неорганического электролита на основе диоксида серы.

Согласно десятому варианту осуществления настоящего раскрытия, в любом из вариантов с первого по девятый предоставляется литиевая вторичная батарея, в которой сепаратор изготовлен из стекловолокна.

Литиевая вторичная батарея настоящего раскрытия, включающая раствор неорганического электролита на основе диоксида серы и отрицательный электрод, включающий углеродный материал, покрытый оксидом титана, имеет улучшенные характеристики высокоскоростной зарядки / разрядки благодаря присутствию титана. оксид, который способствует улучшению смачиваемости отрицательного электрода из углеродного материала раствором неорганического электролита и реакции переноса заряда на поверхности, а также минимизации межфазного сопротивления раствора углеродного материала / неорганического электролита.

Здесь и далее термины или слова, используемые в описании и прилагаемой формуле изобретения, не должны толковаться как ограниченные общими и словарными значениями, а должны интерпретироваться на основе значений и концепций, соответствующих техническим аспектам настоящего раскрытия сущности. основа принципа, согласно которому изобретателю разрешено определять термины надлежащим образом для наилучшего объяснения.

Вариант осуществления настоящего раскрытия относится к литиевой вторичной батарее, включающей в себя положительный электрод, отрицательный электрод, сепаратор, расположенный между положительным электродом и отрицательным электродом, и раствор неорганического электролита на основе диоксида серы.

Раствор неорганического электролита на основе диоксида серы, используемый в литиевой вторичной батарее по настоящему раскрытию, включает диоксид серы и литиевую соль, и литиевая соль может быть LiAlCl ₄ , LiGaCl ₄ , LiBF ₄ , LiBCl ₄ , LiInCl ₄ или их смеси. Соль лития существует в твердом состоянии и после закачки газа SO ₂ переходит в жидкое состояние. В конкретном варианте осуществления настоящего раскрытия газ SO ₂ может быть впрыснут через тефлоновый шланг, соединенный между воздухонепроницаемыми контейнерами, путем открытия и закрытия клапана, и впрыск может быть выполнен под давлением около 1.2 бар. Например, раствор неорганического электролита на основе диоксида серы может быть получен путем нагнетания газа SO ₂ в LiAlCl ₄ (или смесь AlCl ₃ и LiCl). В конкретном варианте осуществления настоящего раскрытия SO ₂ может присутствовать в количестве от 1 до 6 моль, в частности, от 1 до 3 моль, на 1 моль соли лития.

Раствор неорганического электролита на основе диоксида серы может избежать риска возгорания и взрыва, когда аккумуляторная батарея подвергается воздействию высокой температуры или перезаряда из-за своей негорючести, и, таким образом, является более безопасным, чем горючие растворы органических электролитов.Однако раствор неорганического электролита на основе диоксида серы имеет недостаточную смачиваемость на отрицательных электродах из гидрофобного углеродного материала, обычно используемых в литиевых вторичных батареях, что снижает скорость диффузии ионов лития, а интеркаляция и деинтеркаляция ионов лития на отрицательном электроде из углеродного материала является слабой. во время высокоскоростной зарядки / разрядки, что приводит к низкой эффективности зарядки / разрядки.

Соответственно, литиевая вторичная батарея настоящего раскрытия отличается тем, что включает раствор неорганического электролита на основе диоксида серы, имеющий преимущество в безопасности, и отрицательный электрод, в котором используется углеродный материал, покрытый оксидом титана (TiO _x , 0x <2 ) в качестве активного материала отрицательного электрода.Более подробно, углеродный материал, покрытый оксидом титана (TiO _x , 0 x , вызывающего реакцию между золем раствора и углеродного материала, чтобы вызвать золь-гелевую реакцию, удаление растворителя путем испарения при перемешивании реакционного раствора в бане с горячей водой при температуре около 70 ° C и выполнение термической обработки полученного порошка при температуре от 400 до 500 ° C. ..в атмосфере азота (N ₂ ).

В этом случае растворитель может включать этиловый спирт, воду, тетрагидрофуран или их смеси. Кроме того, предшественник оксида титана может включать бутоксид титана, изопропоксид титана, тетрахлорид титана, этоксид титана или их смеси.

Посредством этой серии процессов получают порошок с покрытием из оксида титана (TiO _x , 0

Углеродный материал может включать природный графит, искусственный графит, аморфный твердый углерод, низкокристаллический мягкий углерод, углеродную сажу, ацетиленовую сажу, кетеновую сажу, Super P, графен, волокнистый углерод или их смеси.

Оксид титана (TiO _x , 0 0,5 , TiO _0,68 , TiO _1,3 , TiO _1,5 , TiO _1,7 , TiO _1,9 или их смеси.Оксид титана (TiO _x , 0 x , 0 2 ), который является изолятором с шириной запрещенной зоны 3,2 эВ и имеет низкую электропроводность.

Соответственно, когда оксид титана включен в электрод из углеродного материала, оксид титана может улучшить смачиваемость электрода из углеродного материала по отношению к раствору электролита из-за его лиофильности, а из-за его низкой энергии запрещенной зоны улучшить перенос заряда реакция на поверхности электрода, тем самым улучшая скорость диффузии ионов лития и достигая высокоскоростной зарядки / разрядки литиевой вторичной батареи.

Оксид титана может быть в форме частиц, и соотношение диаметров частиц оксида титана и углеродного материала может составлять от 1: 1000 до 1: 6000, в частности от 1: 2000 до 1: 3000. Например, когда углеродный материал представляет собой сферический природный графит в форме вторичных частиц, имеющих средний диаметр частиц от 10 до 50 мкм, в частности от 15 до 30 мкм, оксид титана может иметь средний диаметр частиц от 1 до 30 нм, в частности, от 5 до 15 нм. В этом случае средний диаметр частиц может быть измерен методом измерения распределения частиц по размерам методом лазерной дифракции.

Количество оксида титана в покрытии может составлять от 0,5 до 20 мас.%, В частности от 0,5 до 10 мас.% И, в частности, 1 мас.% От общего количества углеродного материала, и когда указанный диапазон количества покрытия удовлетворено, можно достичь достаточной емкости на вес активного материала, то есть углеродного материала. То есть, поскольку оксид титана не является активным материалом и представляет собой покрывающий агент, используемый для обеспечения эффекта смачиваемости, предпочтительно, чтобы описанный выше диапазон удовлетворялся для выражения емкости активного материала.

В варианте осуществления настоящего раскрытия отрицательный электрод может быть изготовлен путем нанесения суспензии отрицательного электрода по меньшей мере на одну поверхность токосъемника с последующей сушкой и прессованием, при этом суспензия отрицательного электрода готовится путем смешивания оксида титана. углеродный материал с покрытием, как описано выше, как активный материал отрицательного электрода и связующее в растворителе. В этом случае сушку можно проводить при температуре от 100 до 150 ° C в течение от 1 до 24 часов.Кроме того, при приготовлении суспензии отрицательного электрода может быть добавлен проводящий материал.

В дополнение к углеродному материалу отрицательный электрод может включать, например, материал на основе Si, такой как Si, SiO, SiO ₂ ; материал на основе Sn, такой как Sn, SnO, SnO ₂ ; или смеси любых из них, если необходимо, в качестве активного материала отрицательного электрода. Активный материал отрицательного электрода, включая углеродный материал, может присутствовать в количестве от 80 до 99 вес.% От общего веса суспензии отрицательного электрода.

Связующее вещество представляет собой вещество, которое способствует соединению между активным материалом и проводящим материалом или между активным материалом, проводящим материалом и токосъемником, и обычно присутствует в количестве от 0,1 до 20 мас.% В расчете на от общей массы суспензии отрицательного электрода. Примеры связующего включают сополимер поливинилиденфторида с гексафторпропиленом (PVDF-co-HEP), поливинилиденфторид (PVDF), полиакрилонитрил, полиметилметакрилат, поливиниловый спирт, карбоксилметилцеллюлозу (CMC), целлюлозу, поливинилпропиленпропилен, полиэтиленпропилен, целлюлозу, полипропилен, целлюлозу, полипропилен, целлюлозу, полипропилен, целлюлозу, полипропилен, целлюлозу, полипропилен, целлюлозу. , полиакрилат и бутадиен-стирольный каучук (SBR).Карбоксилметилцеллюлоза (КМЦ) может использоваться в качестве загустителя для регулирования вязкости суспензии.

Проводящий материал не ограничен конкретным типом, если он не вызывает химических изменений в соответствующей батарее и имеет проводимость, и примеры проводящего материала включают технический углерод, например технический углерод, ацетиленовую сажу, кетеновскую сажу, канальную сажу. , печная сажа, ламповая сажа, термическая сажа; проводящее волокно, например углеродное волокно или металлическое волокно; металлический порошок, например порошок фторуглерода, алюминия или никеля; проводящие усы, например оксид цинка, титанат калия; проводящий оксид металла, например оксид титана; и производное полифенилена.Проводящий материал может присутствовать в количестве от 0,1 до 20 мас.% От общего веса композиции суспензии отрицательного электрода.

Растворитель может включать органические растворители, например воду или N-метил-2-пирролидон (NMP), и когда суспензия отрицательного электрода включает активный материал отрицательного электрода и, необязательно, связующее и проводящий материал, растворитель. может присутствовать в количестве, подходящем для достижения желаемой вязкости. Например, растворитель может присутствовать в таком количестве, чтобы концентрация твердых веществ в суспензии отрицательного электрода составляла от 50 до 95 мас.% И предпочтительно от 70 до 90 мас.%.

Токосъемник не ограничен конкретным типом, если он не вызывает химических изменений в батарее и имеет проводимость, и, например, включает медь, нержавеющую сталь, алюминий, никель, титан, спеченный углерод, медь или поверхность из нержавеющей стали. обработанные углеродом, никелем, титаном или серебром и алюминиево-кадмиевым сплавом. Толщина токосъемника особо не ограничивается, но обычно может иметь толщину 3 ~ 500 мкм.

Кроме того, способ нанесения покрытия на суспензию отрицательного электрода не ограничивается конкретным типом и включает любой метод нанесения покрытия, обычно используемый в данной области техники.Например, может быть использован способ нанесения покрытия с использованием щелевой фильеры, и, кроме того, можно использовать метод нанесения покрытия на стержень Мейера, метод нанесения покрытия методом глубокой печати, метод нанесения покрытия погружением, метод нанесения покрытия распылением и т.д.

В литиевой вторичной батарее согласно настоящему раскрытию положительный электрод может быть изготовлен путем смешивания активного материала положительного электрода, проводящего материала, связующего вещества и растворителя для приготовления суспензии, нанесения суспензии по меньшей мере на одну поверхность токоприемник, сушка и прессование.

Активный материал положительного электрода может включать частицы активного материала Li, LiCoO ₂ , LiNiO ₂ , LiMn ₂ O ₄ , LiCoPO ₄ , LiFePO ₄ , LiNi _{1 − x− y − z} Co _x M1 _y M2 _x O ₂ (M1 и M2 независимо представляют собой Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg, Mo или два или более из них, и x, y и z независимо представляют собой атомные доли элементов в составе оксида, где 0≤x≤0.5, 0≤y <0,5, 0≤z <0,5, 0≤x + y + z <1) или два или более из них.

В данном случае проводящий материал, связующее, растворитель и токоприемник такие же, как описано для отрицательного электрода.

В литиевой вторичной батарее согласно настоящему раскрытию разделитель расположен между положительным электродом и отрицательным электродом и использует изолирующую тонкую пленку, имеющую высокую ионную проницаемость и механическую прочность. Размер пор сепаратора обычно равен 0.От 01 до 10 мкм, а толщина обычно составляет от 5 до 300 мкм.

Сепаратор может включать пористую полимерную пленку, изготовленную из полимера на основе полиолефина, такого как гомополимер этилена, гомополимер пропилена, сополимер этилена / бутена, сополимер этилена / гексена и сополимер этилена / метакрилата, изолирующую тонкую пленку, имеющую высокую ионную проницаемость и механическую прочность. прочность и обычный пористый нетканый материал, например, нетканый материал из стекловолокна или полиэтилентерефталатных волокон.В частности, сепаратор из стекловолокна показывает хорошую смачиваемость по отношению к раствору неорганического электролита на основе диоксида серы, снижает внутреннее сопротивление батареи и имеет преимущества в отношении емкости и срока службы.

Аккумуляторная батарея согласно настоящему раскрытию может использоваться в аккумуляторных элементах, используемых в качестве источника питания небольших устройств, и, предпочтительно, может также использоваться в единичных батареях аккумуляторных модулей среднего и большого размера, включая множество аккумуляторных элементов. Предпочтительные примеры устройств среднего и большого размера включают электромобили, гибридные электромобили, подключаемые гибридные электромобили и системы накопления энергии.

Хотя настоящее раскрытие было описано выше в отношении ограниченного числа вариантов осуществления и чертежей, настоящее раскрытие не ограничивается ими, и это очевидно для специалистов в области техники, относящейся к настоящему раскрытие того, что в него могут быть внесены многие модификации и изменения в рамках технических характеристик и прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.

10 мл бутоксида титана и 10 мл изопропоксида титана диспергируют в 100 мл этилового спирта и перемешивают при комнатной температуре в течение 30 мин для приготовления раствора золя TiO _x (0 0.5 , TiO _0,68 , TiO _1,3 , TiO _1,5 , TiO _1,7 и TiO _1,9 . Природный графит в форме вторичных частиц, имеющих средний диаметр частиц 20 мкм, добавляют к раствору золя для индукции золь-гель реакции в течение 1-2 часов. Предварительно определенное количество реакционного раствора перемешивают на бане с горячей водой примерно при 70 ° C для испарения растворителя, и полученный порошок термически обрабатывают при 500 ° C в атмосфере азота. Результатом является порошок природного графита с поверхностным покрытием из черного оксида титана TiO _x (0

Получена суспензия отрицательного электрода, содержащая углеродный материал, покрытый оксидом титана (TiO _x , 0 x , 0

В качестве сепаратора используется сепаратор из стекловолокна, например, сепаратор из стекловолокна ADVANTEC GC-50 (вес 48 г / м ² , толщина 190 мкм, номинальный размер пор 0,5 мкм).

Электродная сборка, включающая отрицательный электрод и металлическую литиевую фольгу в качестве противоэлектрода с расположенным между ними стекловолоконным сепаратором, получается и помещается в корпус батареи. Затем газ SO ₂ впрыскивается в смесь AlCl ₃ и LiCl в герметичном контейнере под давлением примерно 1.2 бар, в результате чего получают раствор неорганического электролита на основе диоксида серы LiAlCl ₄ -3SO ₂ , и полученный раствор неорганического электролита впрыскивают в корпус батареи для изготовления литиевой вторичной батареи (монетный элемент 2032).

Литиевую вторичную батарею производят тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что для активный материал отрицательного электрода при изготовлении отрицательного электрода.

Литиевая вторичная батарея производится тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что в качестве активного отрицательного электрода используется натуральный графит, не покрытый черным оксидом титана (TiO _x , 0 Экспериментальный пример 1: испытание заряда / разряда

Литиевая вторичная батарея, изготовленная, как описано выше, заряжается / разряжается. В этом случае зарядка выполняется до напряжения 0.005V при плотности тока 1 C, разряд выполняется до напряжения 2V при той же плотности тока, а зарядка / разрядка выполняется 100 циклов.

Кроме того, во время зарядки / разрядки межфазное сопротивление вторичной батареи измеряется при комнатной температуре в атмосферных условиях. Более подробно, межфазное сопротивление измеряется с помощью спектроскопии электрохимического импеданса (EIS), которая измеряет импеданс путем подачи слабых сигналов переменного тока (AC) с разными частотами к элементу батареи и разделяет сопротивление вторичной батареи.

Результаты показаны в Таблице 1.

Как видно из таблицы 1, вторичные батареи примеров 1 и 2 с использованием раствора неорганического электролита на основе диоксида серы и природный графит, покрытый оксидом титана, демонстрирует разрядную емкость 1 ° С, что примерно в два раза выше, чем в сравнительном примере 1 с использованием природного графита без покрытия, и, таким образом, имеет улучшенные высокоскоростные характеристики, а в отношении снижения межфазного сопротивления их результаты являются хорошими.Предположительно, эти результаты связаны с покрытиями оксида титана на природном графите, которые способствуют улучшению смачиваемости раствора неорганического электролита и реакции переноса заряда на поверхности электрода.

С другой стороны, считается, что увеличение сохраняемости емкости сравнительного примера 1 до 125,4% связано с емкостью природного графита, проявляющейся при увеличении числа циклов из-за низкой смачиваемости природного графита без покрытия по отношению к раствор неорганического электролита.Соответственно, предполагается, что вторичная батарея сравнительного примера 1 будет иметь низкую начальную эффективность.

Напротив, аккумуляторные батареи примеров 1 и 2 демонстрируют стабильное сохранение емкости.

Everstart h8 agm аккумулятор

12 мая 2014 г. · Аккумулятор Autocraft Platinum AGM, размер группы H8, 850 CCA В комплекте с кислотой: Да Тип аккумулятора: AGM Использование аккумулятора: Auto / Truck Размер группы BCI: H8 Ток холодного пуска: 900 Ампер пуска: 1000 Глубокий цикл / запуск: двойное назначение Высота: 7.5 Длина: 13,94 Не требует обслуживания: Да Резервная емкость: 160 Тип клеммы: SAE Вес: 59,45 Ширина: 6,938

XS POWER BATTERY 525 Ампер пуска 12 В Аккумулятор AGM серии D P / N D975. 144,99 долларов США. Автомобильный аккумулятор DieHard 50352 — размер группы EP-51R. 270,99 долларов США.

Хотя марка аккумулятора может иметь значение, наибольшую озабоченность автовладельца, которому нужен новый аккумулятор, должна быть дата производства. Вам нужен аккумулятор как можно более свежий! Путаница, с которой сталкиваются покупатели, заключается в том, что даты производства автомобильных аккумуляторов не указаны в виде простых дат.

Хотя марка аккумулятора может иметь значение, наибольшую озабоченность автовладельца, которому нужен новый аккумулятор, должна быть дата производства. Вам нужен аккумулятор как можно более свежий! Путаница, с которой сталкиваются покупатели, заключается в том, что даты производства автомобильных аккумуляторов не указаны в виде простых дат.

Периодически Consumer Reports будет выполнять промежуточное обновление более раннего теста, и недавно они сделали это с оценкой автомобильных аккумуляторов. Они сообщили о крайне низкой производительности самых дорогих батарей AutoZone — тех, которые используют технологию Absorbed Glass Mat (AGM).В то время как CR был впечатлен другими батареями AGM, и им понравились «обычные …

Auto Zone», батарея everstart H8 стоит 129 долларов, а Duracell Gold, произведенная в США в восточном пенне, стоит 160 долларов. Я куплю американские. Кроме того, батареи everstart — дерьмо на морозе в долгосрочной перспективе, и я не люблю заменять батареи, когда на улице 0 градусов тепла. Когда вы живете там, где сейчас настоящая зима, вы учитесь не экономить на батареях.

Свинцово-кислотный батареи и их пластиковые корпуса подлежат переработке.Свяжитесь с вашим представителем East Penn для получения информации об утилизации. РАЗДЕЛ 7: МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ОБРАЩЕНИЯ И ХРАНЕНИЯ ДЛЯ БЕЗОПАСНОГО ОБРАЩЕНИЯ И ХРАНЕНИЯ: • Храните контейнеры плотно закрытыми, когда они не используются. • Если корпус батареи сломан, избегайте контакта с внутренними компонентами.

18 января 2014 г. · Я не говорю, что бескислотный аккумулятор не лучше, но аккумулятор EverStart работает отлично, он поставляется с трубкой и при правильном подключении выходит наружу .