Разное

Жидкий электролит калиево литиевый щелочной: Электролит калиево-литиевый щелочной плотностью 1,27

Содержание

Электролит калиево-литиевый щелочной, жидкий, пл.1,27 г/см3 в Ростове-на-Дону

Электролит калиево-литиевый – это прозрачный водный раствор со слегка желтоватым оттенком и без запаха. Допускается наличие осадка в жидкости. Щелочной электролит является раствором, состоящим из гидрата окиси калия, дистиллированной воды и гидрата окиси лития. 
Плотность электролита составляет 1,39-1,41 г/см3. Применение калиево-литиевого раствора возможно при эксплуатации аккумуляторов в температурном диапазоне окружающей среды (-40) – (+40) оС. В аккумуляторные батареи электролит заливается при доведении его плотности до необходимого значения. Если температура электролита ниже — 30 оС, его плотность без добавления гидрата окиси лития должна составлять 1,26-1,28 г/см3.

ЭЛЕКТРОЛИТ КАЛИЕВО-ЛИТИЕВЫЙ ЩЕЛОЧНОЙ ТУ 6-09-4994-81

Показатели качества

№№,
п/п
Наименование показателей Требования
ТУ 6-09-4994-81
Результаты анализов
1. Плотность при 20 °C 1,395–1,410  
2. Массовая доля гидроокиси калия (КОH), % 36–38  
3. Массовая доля гидроокиси лития (LiОH), %, не менее 1,6  
4. Массовая доля карбонатов (K2C03), %, не более 1,2  
5. Массовая доля натрия в пересчете на NaOH, %, не более 1,6  
6. Массовая доля сульфатов, %, не более 0,2  
7. Массовая доля хлоридов, %, не более 0,45  
8. Массовая доля кремния, %, не более 0,02  
9. Массовая доля алюминия, %, не более 0,004  
10. Массовая доля кальция, %, не более 0,01  

Гарантийный срок хранения — 1 год со дня изготовления.

Работа с раствором требует соблюдения мер безопасности, так как жидкость является едкой щелочью и контакт с ней опасен в равной степени, как для слизистой человека, так и для его кожи. Щелочной электролит имеет 2-й класс опасности, который определяется по степени воздействия на человека.
Потребителями щелочного электролита являются главным образом горнодобывающая и автомобильная промышленность, предприятия, выпускающие и эксплуатирующие щелочные аккумуляторы. Наибольшее применение калиево-литиевый электролит нашел в качестве раствора для заливки аккумуляторов широко распространенных на предприятиях электропогрузчиков, а также щелочных аккумуляторов, используемых в шахтенных электровозах. 
Хранят жидкий электролит калиево-литиевый в полиэтиленовых канистрах либо бочках. Емкости с этим химикатом необходимо держать в закрытом помещении и допускать контакт с веществом только при соблюдении правил безопасности.

Что такое щелочной электролит? Как произвести замену щелочного электролита?

Щелочной электролит – одна из основных составляющих щелочных аккумуляторов. Он имеет массу плюсов перед другими видами токопроводящих веществ.

Что же такое щелочной электролит, какими свойствами он обладает и как с ним работать, придется разобраться.

В первую очередь, это химическое соединение, которое активно участвует в накоплении аккумулятором электроэнергии. Щелочной электролит может многократно участвовать в восстановительно-окислительных реакциях без потери качества, благодаря своим свойствам. 

Щелочной электролит встречается разного состава:

  • Калиево-литиевый
  • Натриевый
  • Никель-кадмиевый
  • Никель-металлогидридный

Натриевые электролиты обладают большим сроком эксплуатации, но обладают значительным минусом – невозможность использования при отрицательной температуре воздуха.

У калиево-литиевых обратная ситуация, они морозостойки, но непригодны для работы в жарких условиях, так как эксплуатационная температура у них ограничена до 35°С.

Никель-кадмиевые аккумуляторы обладают эффектом памяти, что налагает на их использование определенные ограничения.

У никель-металлогидридных аккумуляторов отсутствует эффект памяти, они способны работать как при низких, так и высоких температурах, но обладают высокой стоимостью, что препятствует их широкому распространению как портативного источника энергии.

Каждое из соединений, будь то калий, литий, натрий или едкий калий разбавляется с дистиллированной водой в нужной концентрации, в итоге, получается раствор-электролит для щелочи. По консистенции он жидкий и похож на обычную воду.

Щелочные электролиты считаются наиболее надежными и долговечными составляющими аккумуляторных батарей, но и минус у них есть – отсутствие возможности выдавать стартовый ток. В связи с этим в автомобильных аккумуляторах чаще встречаются именно кислотные электролиты.

Продлеваем срок службы щелочного электролита и аккумулятора!

Стоит помнить про факторы, которые уменьшают срок службы щелочных электролитов:

  • Неполная зарядка аккумулятора
  • Меньшее количество электролита в сепараторе, чем необходимо
  • Долгое использование электролита при высоких температурах
  • Высокие температуры жидкости

Если стараться следить за этими моментами, то можно продлить срок службы аккумуляторной батареи в разы.

Для аккумуляторных батарей есть возможность замены щелочного электролита. Чаще всего необходимость замены возникает если аккумулятор перестает держать зарядку.

Порядок замены щелочного электролита следующий:

  1. Демонтируйте аккумуляторную батарею
  2. Поставьте ее в удобном для работы месть, без доступа для детей, сторонних лиц.
  3. Проводить замену щелочного электролита необходимо в защитной одежде, иметь при себе инструмент, для открытия крышки аккумулятора и щелочной электролит для залива, который можно приготовить и в домашних условиях.
  4. Произвести демонтаж крышки АКБ, залить электролит до необходимого уровня.
  5. Собрать аккумулятор в первоначальный вид, установить в оборудование.
  6. После смены электролита в щелочном аккумуляторе его необходимо зарядить в усиленном режиме.

Для аккумуляторной батареи существуют базовые правила зарядки, на которые всегда стоит ориентироваться, если вы хотите продлить срок его службы.

Щелочная аккумуляторная батарея – не требует слишком частого внимания. Если обеспечить её в полной мере, то можно она будет радовать бесперебойной работой в течении долгих лет и полностью оправдает свою цену.

Компания ООО «Курс» располагает широким ассортиментом щелочных аккумуляторов от таких производителей как «ВАЗ «Импульс» и «Завод автономных источников тока». Наши менеджеры проконсультируют Вас и помогут подобрать необходимые аккумуляторы и аккумуляторные батареи. Связаться с нами можно по бесплатному номеру 8 800 200 60 10.   

Krisanalyt — Электролит

Электролит

Электролит калиево-литиевый щелочной представляет собой прозрачный, слегка желтоватый водный раствор, без запаха.

Применение

Электролит применяется для заполнения аккумуляторов электровозов. Электролит является сильной щелочью. Используется для получения растворов плотностью 1,19 — 1,21 г/см3. Растворы заливают в щелочные аккумуляторы.

Калиево-литиевый












Наименование показателя

Норма

Плотность при 20°С до разбавления, г/см,3

1,395-1,410

Массовая доля гидроокиси калия (KOH), %,

не менее 36-38

Массовая доля гидроокиси лития (LiOH), %,

не менее 1,6

Массовая доля карбонатов (K2CO3), %,

не более 1,2

Массовая доля натрия в пересчете на (NaOH), %,

не более 1,6

Массовая доля сульфатов (SO4), %,

не более 0,2

Массовая доля хлоридов (Cl), %,

не более 0,45

Массовая доля кальция (Ca), %,

не более 0,01

Массовая доля кремния (Si), %,

не более 0,02

Массовая доля алюминия (Al), %,

не более 0,004

Натриево-литиевый







Электролит щелочной натриево-литиевый ТУ 6-09-3897-75 (жидкий)

Массовая доля натрия гидрата окиси, г/л, в пределах

250-280

Массовая доля моногидрата лития (LiOH * H2O), г/л, не менее

20

Плотность при 20оС, г/см3, в пределах

1,23-1,25

Массовая доля углекислого натрия (Na2CO3), г/л, не более

15

Массовая доля алюминия (Al), г/л, не более

0,1

Гарантийный срок хранения: 1 год со дня изготовления.

 

Электролит калиево-литиевый — ТОВ «ХІМСЕЙЛ»

Описание

Электролит —вещество, расплав или раствор которого проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы, однако само вещество электрический ток не проводит. Щелочной электролит – для кадмиевоникелевых и железоникелевых аккумуляторов. Раствор едкого калия (KOH) в дистиллированной воде. В жидком состоянии прозрачный с небольшим желтоватым оттенком. Электролит не имеет запаха, не горит. Состоит из водного раствора гидроокисей калия и лития (калиево-литиевый). Общим элементом щелочных электролитов является гидроксид лития, благодаря которому увеличивается емкость щелочных аккумуляторов и их срок службы.

 

Электролит калиево-литиевый щелочной твердый представляет собой чешуйки однородного сплава серо-зеленого, серо-фиолетового или серого цвета, получаемого на основе плава калия гидроокиси технической и лития гидроокиси технической.

Электролит является сильной щелочью. Используется для получения растворов плотностью 1,19-1,21 г/см³. Растворы заливают в щелочные аккумуляторы.

Для приготовления электролита твердый набор необходимо растворить в дистиллированной.

 

Свойства электролита

Вид –  чешуйки однородного

Цвет – серо-зеленого, серо-фиолетового или серого цвета

Запах – без запаха

Функциональность – раствор проводит электрический ток

Плотность –  1,19-1,21 г/см³.

 

Сертификат:

Показатели Норматив Испытание
Внешний вид чешуйки однородного сплава серо-зелёного, серо-фиолетового цвета Соответствует
Массовая доля едкого калия (КОН), %, не менее 91,8847 91,8846
Калий углекислый (К2СО3), %, не более: 1,9 1,9
Хлориды (Cl), %, не более 0,75 0,74
Сульфаты (SO4), %, не более 0,03 0,029
Кальций (Ca), %, не более 0,005 0,0049
Общий азот нитратов и нитритов (N), %, не более: 0,003 0,0028
Литий гидроксид (LiОН), %, не более: 3,4 3,39
Натрий (NaОН), %, не более: 2,0 1,99
Железо (Fe), %, не более 0,035 0,0349
Алюминий (Al) , %, не более 0,005 0,0048
Кремний (Si) , %, не более 0,02 0,019

 

Применение электролита калиево-литиевого

Электролиты, используемые в щелочных аккумуляторах, являются калиево-литиевым либо натриево-литиевым раствором. Эти растворы взаимозаменяемы, однако совмещать их нельзя. Также они предназначены для использования в разных климатических условиях.

 

Безопасность

Электролит калиево-литиевый щелочной не горюч. Опасен при попадании на кожу и слизистые оболочки.

 

Компания «Химсейл» предлагает купить электролит калиево-литиевый по хорошей цене

Тара – упаковка 3,5 кг

Производство

Электролит цена –  опт и в розницу со склада в Киеве

Доставка –  в Ваш регион коммерческими перевозчиками

Подробная информация –  наши менеджеры Вам предоставят полную и профессиональную информацию по телефону: +38044-228-00-50

Написать нам –  email: [email protected]

Жидкое и твердое состояние калиево-литиевого электролита и выполнения обычное и зимнее

Калиево-литиевый электролит – это востребованный в наши дни химический продукт. Это гарантия оптимальной работы аккумулятора на протяжении длительного периода. Это материал, широко применяемый на автотранспортных предприятиях, в металлургической и горнодобывающей отраслях, машиностроении, при ремонте и обслуживании железных дорог, для электрических погрузчиков и электровозов шахт, на производствах щелочных аккумуляторов и т.д.

Выпуск возможен в двух состояниях (жидком и твердом) и в двух исполнениях (обычном и зимнем). Твердый сухой электролит представляет собой совокупность таких кристаллических соединений, как гидроксид калия (или натрия) и литий гидроксид. Для приготовления раствора плотностью 1,19-1,21 г/л (кроме того, возможен выпуск плотностью 1,39-1,41 г/л) нужно смешать щелочь с очищенной водой в пропорции 1:3, перемешать и отстоять. Отстаивание требует не менее 10 часов, чтобы выпавший остаток успел отделиться. После массу необходимо пролить сквозь очиститель. В аккумулятор можно заливать только очищенный электролит. Жидкий электролит – это концентрированная композиция LiOH + KOH. Выглядит раствор как прозрачный жидкий материал с желтоватым/зеленоватым оттенком. Запах отсутствует. Допустимо наличие небольшого объема осадка. Плотность напрямую зависит от температуры.

Применение

В какой бы сфере не задействовали данный электролит, главная его задача заключается в продлении эксплуатационного срока аккумуляторов до 750 циклов. Наибольшее использование этого материала наблюдается в горной отрасли и автопромышленности. Аккумуляторы, в которые его заливают, устанавливают на всевозможные погрузчики, горнодобывающие машины, обычные авто и т.д. Заливка происходит на разных этапах жизни АКБ: при запуске, замене электролита, применении и тестировании.

Благодаря получаемой плотности, он незаменим для совершенной работы современных аккумуляторов. Технические параметры обеспечивают использование в значительном температурном диапазоне (-25-35 °С/-40-40 °С), то есть даже в сильные морозы.

Для работы щелочного аккумулятора важно задействовать калиево-литиевый электролит. Его заливают внутрь при достижении нужной плотности (1,26-1,28 г/см3). Использование допустимо в широком температурном диапазоне (при t окружающей среды -40-+40 ̊С). Замену вещества, проводящего электроток, осуществляют, спустя 100-150 циклических кругов. Для этого аккумулятор разряжают с помощью нормального тока до напряжения 1 В и выливают из него использованный электролит. Затем важно хорошо промыть внутреннее пространство, к примеру, дистиллированной водой. Далее без промедлений необходимо залить новый электролит. Любые задержки заливки чреваты коррозией пластин. После того, как аккумулятор наполнен электролитом, необходимо подождать 2 часа, измерить его плотность. Если она такая, как положено, можно закрывать устройство и брать его для дальнейшей эксплуатации.

Техника безопасности

Данное вещество не горючее, опасности пожара и взрыва не представляет. Тем не менее, это едкая жидкость (2-й класс опасности), поэтому с ней следует обращаться с осторожностью, согласно правилам применения.

Не допускайте контакта электролита с кожей и слизистыми, в ином случае не исключены раздражения и ожоги. Чтобы нейтрализовать действие при попадании на кожу, используйте 10 %-ный водный раствор аммиака или карбоната натрия, а после промойте пораженный участок водой. Если же вещество попало в глаза, поскорее промойте их 5 %-ным раствором гидрокарбоната натрия и не забудьте обратиться к доктору.

Хранить данную жидкость нужно в закрытом помещении в бочках или ПЭ канистрах с ограниченным доступом для посторонних. Важно при этом обеспечить герметичность упаковки, чтобы избежать испарения в ходе поглощения СО2.

Срок годности – 1 год (в жидком состоянии) и 3 года (в сухом).

Калиево-литиевый электролит незаменим для безупречной и длительной работы любой аккумуляторной батареи. Узнать о нем больше информации и оформить заказ можно, связавшись с нашими менеджерами по контактным номерам. Обращайтесь!

Автохимия — ТК Химэкспресс

Заказать звонок

Антифриз зеленый

Зеленый антифриз представляет собой прозрачную жидкость, которая отличается однородностью окраски в зеленый цвет. В ней не должно содержаться никаких механических примесей. В состав такой жидкости может входить специальный краситель с флуоресцентными свойствами, который используется для определения мест протечек жидкости с помощью ультрафиолетовых лучей. Такой антифриз отвечает всем требованиям, предъявляемым к жидкостям данного типа, и имеет сходный характеристики с любыми другими жидкостями данного назначения.

Данный антифриз предназначается для использования в системах охлаждения двигателей, использующих при работу принцип внутреннего сгорания топлива. Температурные показатели окружающей среды при использовании – от минус 40 до плюс 50 градусов Цельсия. Также эта жидкость может быть применена, как рабочая жидкость в иных системах теплового обмена, которые эксплуатируются при низких и средних показателях температуры окружающей среды.

Фасовка зеленого Антифриза:

Наименование Ед. изм. Цена, ₽
Антифриз FELIX PROLONGER G 11 зеленый (5 кг) шт. 670,00
Антифриз Unix зеленый (-40) (5 кг) шт. 380,00

Антифриз красный

Антифриз красный представляет собой средство против замерзания рабочей жидкости, который производится на основе этиленгликоля. Данная жидкость в процессе производства проходит через обработку многофункциональным набором присадок, в основе которых лежат соли карбоновых кислот. Данные присадки обеспечивают прекрасную защиту системы охлаждения от образования накипи и возникновения коррозии. Антифриз имеет прекрасную совместимость практически с любыми типами жидкостей охлаждения, в основе которых лежит этиленгликоль и средства против коррозии.

Основное отличие данного антифриза от антифриза зеленого цвета заключается в том, что этот антифриз обеспечивает более высокие показатели защиты механизмов в процессе эксплуатации. Внешний вид антифриза – это жидкость однородного красного цвета, в которой отсутствуют механические примеси. Также в состав данного антифриза может входить специальный краситель, который позволяет обнаруживать протечки с помощью ультрафиолетовых ламп.

Данный антифриз используется в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания при температурах окружающей среды от -40 градусов до +50 градусов Цельсия. Также он может быть использован и в других системах теплообмена, которые эксплуатируются при низких и средних показателях температуры окружающей среды.

Фасовка красного антифриза:

Наименование Ед. изм. Цена, ₽
Антифриз FELIX CARBOX G 12+ красный (5 кг) шт. 670,00
Антифриз Unix красный (-40) (5 кг) шт. 395,00
Антифриз Unix Антифриз красный л 58,53

Автосил

Однокомпонентный герметик серого цвета на основе силиконового каучука, обладающий способностью вулканизоваться под действием влаги воздуха.. Обладает хорошей адгезией эластомера к металлу. Обеспечивает герметичность соединения сопрягаемых деталей с температурой до 2500С. Герметик используется в условиях постоянного контакта с маслами и кратковременного контакта с бензином. Герметик предназначен для формирование основных прокладок, для герметизации соединений трубопроводов выхлопной системы автомобильного двигателя.

Фасовка герметика «Автосил»:

Наименование Ед. изм. Цена, ₽
Герметик-прокладка «Автосил» (180 гр) (36 шт.) шт. 102,00

Вода дистиллированная

Наименование Ед. изм. Цена, ₽
Вода дистиллированная (4 л) шт.  
Вода дистиллированная (5 л) шт. 50,00

Жидкость WD 40

WD40 (200 мл) — это уникальный технический аэрозоль, универсальная смазка и чистящее средство для всех видов поверхностей. Главный ингредиент WD-40 — это минеральное масло, но это не просто обычная смазка. Его точная формула держится в секрете, а продукт позволяет решать сразу несколько задач. WD-40 является очищающим и защитным средством, а также способен вытеснять влагу и освобождать заклинившие из-за ржавчины или обледенения механизмы.

В качестве смазки, WD40 незаменим для обеспечения работы механизмов разного типа, сделанных из различных материалов. Средство безопасно почти для любых поверхностей и материалов. Исключение составляет только полистирол и поликарбонаты. Прочие поверхности — металл, резина, пластик, дерево, а так же крашеные поверхности не пострадают.

Наименование Ед. изм. Цена, ₽
Жидкий ключ (УПС) Элтраст (400 мл) шт. 80,00
Жидкий ключ WD-40 (100 мл) 24 шт. шт. 190,00
Жидкость WD-40 (200 мл) шт. 215,00

Тормозная жидкость РОС/ДОТ

Тормозная жидкость РОС/ДОТ — это высококачественная жидкость, соответствующая требованиям класса ДОТ-4. Точка кипения — выше +260 oС. Предназначена для применения в нормальных и тяжелых рабочих условиях. Содержит антикоррозийные присадки и добавки, не разрушающие резиновые изделия. Полностью исключает отказ тормозов в самых экстремальных ситуациях. Применяется как в отечественных, так и в зарубежных автомобилях.

Наименование Ед. изм. Цена, ₽
Жидкость тормозная РОС-ДОТ4 (455 мл) (24 шт.) шт. 120,00

Тормозная жидкость Нева

«Нева» наиболее распространенная тормозная жидкость в России. «Нева», которая имеет светло-желтый окрас, и температуру закипания не ниже +195°C. Хранить жидкость тормозную, в герметически закрытой таре, без потери ее качества, можно до 5 лет.

Наименование Ед. изм. Цена, ₽
Жидкость тормозная «Нева-М» (0,5 кг) (20 шт.) шт. 92,00
Жидкость тормозная «Нева» (0,5 кг) (30 шт.) шт.

Стеклоомывающая жидкость

Стеклоомывающая жидкость «Незамерзайка» на основе изопропилового спирта гарантированно работает при температуре до -25° C. Жидкость изготавливается с применением необходимых присадок и обладает высокими моющими свойствами для обеспечения лучшей видимости на зимней дороге. Особенности: не содержит метанол и аммиак; не оставляет разводов; зффективно удаляет наледи, грязь, масляную пленку, соли, противогололедные реагенты; смягчающие и антикоррозионные компоненты защищают стеклоочистители от быстрого изнашивания.

Наименование Ед. изм. Цена, ₽
Стеклоомывающ жид с ЗАП «Незамерзайка» (-25 С) (4 л) шт. 45,00
Стеклоомывающая жидкость «Незамерзайка» (-25 С) (5 л) шт. 85,50

Тосол

Охлаждающая жидкость Тосол А-40 используется для охлаждения двигателей внутреннего сгорания. Жидкость изготовлена на основе моноэтиленгликоля с применением антипенных и антикоррозионных присадок. В нее также добавляется синий краситель. Она надежно предотвращает замерзание, перегрев и выкипание в системе охлаждения, а также коррозию.

Фасовка:

— Бочка
— Канистра
— Разлив

Наименование Ед. изм. Цена, ₽
Тосол А-40 (216 л) Н л 57,00
Тосол А-40 (230 кг/216 л) Н кг 52,00
Тосол А-40 Felix (10 кг) шт. 890,00
Тосол А-40 Unix (10 кг) шт. 540,00
Тосол А-65 М (230 кг/216 л) л 75,00
Тосол А-65 М (230 кг/216 л) шт. 14300,00

Электролит калиево-литиевый пл. 1.20

Электролит калиево-литиевый – это прозрачный водный раствор со слегка желтоватым оттенком и без запаха. Допускается наличие осадка в жидкости. Щелочной электролит является раствором, состоящим из гидрата окиси калия, дистиллированной воды и гидрата окиси лития. Применение калиево-литиевого раствора возможно при эксплуатации аккумуляторов в температурном диапазоне окружающей среды (-40) – (+40) оС. В аккумуляторные батареи электролит заливается при доведении его плотности до необходимого значения.

Фасовка:

Наименование Ед. изм. Цена, ₽
Электролит калиево-литиевый 24,2 кг пл.1,2 кг 112,00

Электролит кислотный пл. 1.28

Электролит кислотный — прозрачная жидкость желтоватого цвета без посторонних включений, представляет собой раствор аккумуляторной серной кислоты в дистиллированной воде. Применяется в свинцовых аккумуляторах легкового и грузового автотранспорта.

Фасовка:

Наименование Ед. изм. Цена, ₽
Электролит кислотный пл.1.28 (5 кг) шт. 110,00

Очиститель двигателя GRASS Motor Cleaner (5,8кг)

Фасовка:

Наименование Ед. изм. Цена, ₽
Очиститель двигателя GRASS Motor Cleaner (5,8кг) шт 550,00

Пена активная GRASS Active Foam ECO (1 л)зеленый

Фасовка:

Наименование Ед. изм. Цена, ₽
Пена активная GRASS Active Foam ECO (1 л)зеленый шт. 210,00

Пена активная GRASS Active Foam Effect(1л)красный

Фасовка:

Наименование Ед. изм. Цена, ₽
Пена активная GRASS Active Foam Effect(1л)красный шт. 240,00

Пена активная GRASS Active Foam Soft (1л)синий

Фасовка:

Наименование Ед. изм. Цена, ₽
Пена активная GRASS Active Foam Soft (1л)синий шт. 190,00

Пена активная GRASS Active Foam Truck (1 л)

Фасовка:

Наименование Ед. изм. Цена, ₽
Пена активная GRASS Active Foam Truck (1 л) шт. 265,00

Электролит калиево-литиевый щелочной

Электролит калиево-литиевый щелочной представляет собой прозрачный, слегка желтоватый водный раствор, без запаха.

Электролит калиево-литиевый щелочной применяется для заполнения аккумуляторов электровозов, эксплуатируемых в шахтах; аккумуляторов электропогрузчиков.

Электролит калиево-литиевый

ТУ 6-09-4994-81












Технические характеристики Норма
Плотность при 20оС до разбавления, г/см3 1,395-1,410
Массовая доля гидроокиси калия (KOH), %, не менее 36-38
Массовая доля гидроокиси лития (LiOH), % не менее 1,6
Массовая доля карбонатов (K2CO3), %, не более 1,2
Массовая доля натрия в пересчете на (NaOH), %, не более 1,6
Массовая доля сульфатов (SO4), %, не более 0,2
Массовая доля хлоридов (Cl), %, не более 0,45
Массовая доля кальция (Ca), %, не более 0,01
Массовая доля кремния (Si), %, не более 0,02
Массовая доля алюминия (Al), %, не более 0,004

Упаковка:

Электролит калиево-литиевый щелочной упаковывают в полиэтиленовые канистры емкостью 20 и 30 литров.

Хранение:

Электролит калиево-литиевый щелочной имеет гарантийный срок хранения 1 год со дня изготовления.

Транспортировка:

Электролит калиево-литиевый перевозят любым видом транспорта с соблюдением правил перевозки грузов.

Техника безопасности:

Электролит калиево-литиевый щелочной не горюч. Опасен при попадании на кожу и слизистые оболочки.

Что такое аккумуляторный электролит и как он работает?

Будь то игрушка вашего ребенка, беспроводной электроинструмент или электромобиль, аккумуляторная батарея становится стандартной частью нашей повседневной жизни. Один из наиболее важных компонентов батареи — это внутренний электролит батареи.

Сегодня мы узнаем, что такое аккумуляторный электролит и как он продлевает срок службы аккумулятора. Давайте нырнем!

Что такое аккумуляторный электролит?

Аккумуляторный электролит — это раствор внутри аккумуляторов.В зависимости от типа аккумулятора он может быть жидким или пастообразным. Однако независимо от типа батареи электролит служит одной и той же цели: он переносит положительно заряженные ионы между катодными и анодными выводами.

Как работает электролит батареи?

Батарея состоит из трех основных компонентов — катода, анода и электролита, разделяющего эти две клеммы. Электролит — это химическое вещество, которое позволяет электрическому заряду проходить между двумя выводами.Электролит вводит химические вещества, необходимые для реакции, в контакт с анодом и катодом, тем самым преобразуя накопленную энергию в полезную электрическую энергию. Эта реакция обеспечивает питание подключенного устройства, будь то свет, вакуум или электромобиль.

Из чего сделан аккумуляторный электролит?

Различные типы батарей зависят от разных типов химических реакций и разных электролитов. Например, свинцово-кислотный аккумулятор обычно использует серную кислоту для создания предполагаемой реакции.Цинково-воздушные батареи используют для реакции окисление цинка кислородом. Гидроксид калия является электролитом в обычных бытовых щелочных батареях. Наиболее распространенным электролитом в литиевых батареях является раствор литиевой соли, такой как гексафторфосфат лития (LiPF6).

Если вы вспомните урок химии в старшей школе, вы, вероятно, вспомните, как носили защитные очки и другое защитное снаряжение при работе с химическими веществами. Химические вещества, которые вы используете для химических реакций в батареях, часто опасны, поэтому при работе с батареями и их электролитами соблюдайте соответствующие меры предосторожности.

Можно ли добавить в аккумулятор электролит?

Да, вы можете добавить электролит в аккумулятор, но ТОЛЬКО если это негерметичный аккумулятор с жидкими элементами. Проверка уровня заряда батареи с жидкими элементами — это стандартное обслуживание, которое вы должны выполнять регулярно.

Хотя электролит содержит воду и серную кислоту, вам не следует добавлять в батарею ничего, кроме дистиллированной воды. При правильном функционировании аккумулятор с жидкими элементами будет потреблять только воду.

Если аккумулятор герметичен или не расходует электролит при отводе газов, вы не можете добавлять электролит.И в этом нет необходимости. Отсутствие отвода газов является одним из преимуществ выбора аккумуляторов AGM или литий-ионных аккумуляторов, так как они практически не требуют обслуживания после установки.

Это батареи с жидкими элементами. Когда нужно добавить новую кислоту. По мере использования в них требуется регулярное добавление воды.

Какие ингредиенты входят в состав литиевых батарей?

Состав электролитов литиевой батареи зависит от химического состава, вызывающего реакцию, и типа литиевой батареи. В большинстве литиевых батарей используется жидкий электролит, такой как LiPF6, LiBF4 или LiClO4, в органическом растворителе.

Однако недавние достижения сделали твердые керамические электролиты, такие как оксиды металлического лития, вариантом для аккумуляторов. Основное преимущество твердых электролитов состоит в том, что они устраняют риск утечки и исключают воспламеняемость, что представляет собой угрозу безопасности в аккумуляторах с жидкими электролитами.

Гексафторфосфат лития (LiPF6) является наиболее распространенной литиевой солью в литий-ионных батареях. Это решение создает невероятно стабильную среду для ионов лития во время зарядки и разрядки.

Как работают литиевые батареи

Литий-ионные батареи

используют заряженные ионы лития для создания электрического потенциала между анодными и катодными выводами. Тонкий слой изоляционного материала, называемый «разделителем», находится в растворе электролита между двумя сторонами батареи. Сепаратор позволяет ионам лития проходить сквозь него, блокируя электроны и удерживая два электрода отдельно. Во время зарядки ионы лития перемещаются через сепаратор с положительной стороны на отрицательную.Во время разряда ионы движутся в обратном направлении.

Движение ионов лития создает разность электрических потенциалов, называемую «напряжением». Когда вы подключаете свои электронные устройства к батарее, электроны (не литий-ионы) проходят через ваше устройство и питают его.

Безопасен ли электролит литиевой батареи?

Электролиты в литиевых батареях безопасны. Однако на заре литиевых батарей литиевые батареи иногда загорались, что также известно как тепловой разгон.Однако возгорание произошло в основном из-за перегрева, прокола, перезарядки растворителей в литиевых элементах.

По мере развития технологий становятся доступными новые возможности для повышения безопасности литиевых батарей. Например, запатентованная система управления батареями (BMS) Battle Born отключит элементы батареи, если обнаружит небезопасные условия. В результате получается один из самых безопасных аккумуляторов на рынке.

Узнайте о технологии Dragonfly Energy и о том, как мы революционизируем достижения в области электролитов для аккумуляторов, а также о производственном процессе.

Критический компонент вашей батареи

Аккумуляторный электролит является важным компонентом всех типов аккумуляторов, и в большинстве случаев вы, вероятно, даже не задумаетесь об этом. Однако, в зависимости от типа используемой батареи, понимание того, как аккумуляторный электролит работает в вашей батарее, может продлить срок ее службы.

К счастью, когда вы вкладываете средства в такие продукты, как литий-ионные аккумуляторы Battle Born, они требуют гораздо меньшего обслуживания, и вы можете вернуться к тому, чтобы вообще не заботиться об электролитах аккумуляторов.

Добавки калия могут предотвратить рост дендритов в литий-металлических батареях

Литий-металлические батареи демонстрируют рост микроструктуры при циклической работе с обычным электролитом литиевой батареи (слева). Добавление ионов калия в электролит модулирует деградацию во время работы батареи, предотвращая рост микроструктур и приводя к более безопасным и долговечным батареям (справа). Изображение: Лорен Марбелья / Columbia Engineering. Электромобили

имеют большие перспективы в отношении энергоэффективного и устойчивого будущего, но среди их ограничений — отсутствие долговечной батареи с высокой плотностью энергии, которая могла бы обеспечивать их энергией на большие расстояния.То же самое верно и для домов во время отключений электроэнергии и сбоев в электросети — небольших эффективных батарей, способных обеспечить дом более чем на одну ночь без электричества, еще не существует.

Литиевые батареи нового поколения, которые предлагают легкие, долговечные и недорогие аккумуляторы энергии, могут произвести революцию в отрасли, но множество проблем помешало успешной коммерциализации. Основная проблема заключается в том, что, хотя литий-металлические аноды играют ключевую роль в этой новой волне литиевых батарей, во время работы от батарей эти аноды очень чувствительны к росту дендритов лития, что может привести к короткому замыканию батарей, возгоранию или возгоранию. даже взрывается.

Теперь, в статье Cell Reports Physical Science , исследователи из Columbia Engineering сообщают о своем открытии, что добавки щелочных металлов, такие как ионы калия, могут предотвратить рост дендритов лития во время использования батарей. Используя комбинацию микроскопии, спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и компьютерного моделирования, исследователи обнаружили, что добавление небольшого количества соли калия к обычному электролиту литиевой батареи создает уникальный химический состав на границе раздела литий / электролит.

«В частности, мы обнаружили, что ионы калия уменьшают образование нежелательных химических соединений, которые осаждаются на поверхности металлического лития, и предотвращают перенос ионов лития во время зарядки и разрядки аккумулятора, что в конечном итоге ограничивает рост микроструктуры», — объясняет Лорен Марбелья, доцент кафедры химической инженерии. .

Открытие ее команды, заключающееся в том, что добавки щелочных металлов подавляют рост непроводящих соединений на поверхности литий-металлических анодов, отличается от традиционных подходов к манипуляциям с электролитом, которые сосредоточены на нанесении проводящих полимеров на поверхность анода.Эта работа является одной из первых всесторонних характеристик химического состава поверхности литий-металлических анодов с помощью ЯМР-спектроскопии и демонстрирует возможности этого метода для разработки новых электролитов для литий-металлических батарей. Результаты Марбельи были дополнены расчетами теории функционала плотности (DFT), выполненными сотрудниками группы Viswanathan в области машиностроения в Университете Карнеги-Меллона.

«Коммерческие электролиты — это коктейль из тщательно отобранных молекул», — отмечает Марбелья.«Используя ЯМР и компьютерное моделирование, мы наконец можем понять, как эти уникальные составы электролитов улучшают характеристики литий-металлических батарей на молекулярном уровне. Это понимание в конечном итоге дает исследователям инструменты, необходимые для оптимизации конструкции электролита и создания стабильных литий-металлических батарей».

Команда сейчас тестирует эти добавки щелочных металлов в сочетании с более традиционными добавками, которые способствуют росту проводящих слоев на металлическом литии. Они также активно используют ЯМР-спектроскопию для прямого измерения скорости переноса лития через эти слои.

Этот рассказ адаптирован из материалов Columbia Engineering с редакционными изменениями, внесенными Materials Today. Взгляды, выраженные в этой статье, не обязательно отражают точку зрения Elsevier. Ссылка на первоисточник.

Ультрагладкие ультратонкие межфазные границы твердого электролита трех анодов из щелочных металлов

Электрохимическая полировка поверхностей из щелочных металлов

По сути, наш электрохимический подход основан на стратегии электрохимического снятия изоляции (ESP), как показано на рис.1b, включая потенциостатическую очистку, во время которой происходит одновременное растворение M A и восстановление электролита, и последующее гальваностатическое покрытие, во время которого происходит одновременное осаждение M A и дальнейшее восстановление электролита. Потенциал для удаления достаточно анодный для высокоскоростного растворения M A (до ~ 200 мА · см –2 на начальной стадии), но в пределах потенциального окна для восстановления электролита. Чрезвычайно высокая поверхностная концентрация M A + (~ 11 моль л –1 ) создается во время зачистки (см. Дополнительный рис.1, дополнительные примечания 1 и 2 и дополнительная таблица 3), который образует вязкий жидкий слой M A + , который имеет решающее значение для получения гладкой поверхности металла и в то же время способствует восстановлению электролита и образованию первичной M A + -богатый СЭИ. Катодная плотность тока для нанесения покрытия поддерживается на низком уровне, что позволяет M A медленно отлагаться, чтобы сгладить поверхность и одновременно завершить формирование SEI.

Как показали изображения с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ), после применения процессов ESP для трех щелочных металлов были созданы крупномасштабные поверхности, близкие к атомной плоскостности.Плоские террасы могут достигать размера ~ 30 мкм в ширину с шероховатостью всего ~ 1,5 нм, приближаясь к качеству монокристаллических поверхностей (рис. 2b – h), в отличие от шероховатых нетронутых поверхностей с изменением высоты ~ 1 мкм (рис. 2а и дополнительный рис. 2а, б). Примечательно, что пленки SEI трех щелочных металлов также сверхгладкие с шероховатостью молекулярного масштаба, например, ~ 0,6 нм на площади 5 × 5 мкм 2 на поверхности металла (рис. 1d, f, h). . Крупномасштабные плоские поверхности также могут быть получены на тонких пленках Li и Na, нанесенных на модифицированные подложки Cu (дополнительный рис.3), что упрощает определение характеристик и позволяет проводить тесты производительности батареи с разумным DOD.

Рис. 2

АСМ-характеристика морфологии полированных поверхностей M A . a d АСМ-изображения поверхности Li до ( a ) и после зачистки ( b ) и гальваники ( c , d ) в электролите 1 M LiTFSI / DME-DOL. e , f АСМ-изображения поверхности Na после полировки в электролите 1 М NaOTf / диглим. г , ч АСМ-изображения K-поверхности после полировки в электролите 1 M KTFSI / DME. Цветные полосы: 0–1 мкм ( a ), 0–300 нм ( b , c ), 0–1,5 нм ( d ), 0–150 нм ( e ), 0–200 нм ( г, ) и 0–1,5 нм ( f , h )

Настраиваемая структура и механические свойства SEI

Для исследования вертикальной структуры и механических свойств 39,40,41 ультра -гладкие SEI, измерения силовой кривой AFM проводились, в основном, на анодах Li.Для удобства обсуждения мы начнем с рассмотрения кривой сила-пьезо смещение, записанной для пропитанной поверхности Li (рис. 3a и дополнительный рис. 5a, d). Интуитивно видно, что кантилевер круто отклоняется, пока острие не достигает подложки из лития, так что виден только провал. Это означает, что SEI на пропитанном образце является довольно жестким и не обладает гибкостью против прижатия наконечника, так что растрескивание происходит при накоплении силы, что видно по фрагментации поверхности после измерений (рис.3b и дополнительный рис. 6a, d).

Рис. 3

АСМ-характеристика механических свойств слоев SEI. a Типичная кривая силы-смещения для пропитанной литиевой поверхности. b АСМ-изображение пропитанного образца Li после измерения силовой кривой. Цветовая полоса 0–0,5 мкм. c Соответствующие гистограммы модуля Юнга на основе 80 кривых силы с двумерными гистограммами кривых сила-вдавливание (вставки). d Типичное силовое смещение полированной поверхности Li с одним потенциальным шагом в процессе ESP (SEI со структурой O – I). e Соответствующее изображение АСМ после измерения силовых кривых. Цветовая полоса, 0–1 нм. f Соответствующие гистограммы модуля Юнга на основе 80 кривых силы с двумерными гистограммами кривых сила-вдавливание (вставки). г Типичное силовое смещение полированной поверхности Li с несколькими потенциальными ступенями в процессе ESP (I – O – I структурированный SEI), демонстрирующее процесс, подобный упруго-пластической деформации, за которым следует процесс упругого растрескивания. h Типичная кривая силы-вдавливания, показывающая комбинированный внешний слой O – I и внутренний слой с высоким содержанием I.На вставке — изображение АСМ после измерения силовой кривой. Цветовая полоса, 0–2 нм. i Модуль Юнга различных областей для I – O – I структурированного SEI на основе 30 кривых силы

Однако для полированных поверхностей ситуация совершенно иная. Единственная потенциальная ступенька в потенциальную область, предпочтительную для восстановления 1,3-диоксолана (DOL) в процессе отгонки, может создать SEI с сопряженными жесткостью и эластичностью. Это можно увидеть при линейном отклонении кантилевера с последующим отрывом, пока он не достигнет подложки из лития (рис.3г и дополнительный рис. 5б, г). Это поведение аналогично процессу упруго-пластической деформации и предполагает наличие мягкого внутреннего слоя и жесткого внешнего слоя, т. Е. Мягко-жесткой структуры SEI, которая устойчива к давлению, как это видно по гладкой поверхности после измерений кривой силы (рис. 3e). и дополнительный рис. 6b, e). Последовательно применяя несколько потенциальных ступеней к областям для восстановления бис (трифторметансульфонил) имида (TFSI) при более низком потенциале и для восстановления DOL при более высоком потенциале, а затем обратно в область для снижения TFSI, наблюдаются два типа силовых кривых для такого SEI, либо с двумя процессами, подобными упруго-пластической деформации (дополнительный рис.5c, d) или процесс, подобный упруго-пластической деформации во внешней области, за которым следует процесс упругого растрескивания во внутренней области (рис. 3g, h и дополнительный рис. 5c, d). Обе ситуации, указывающие на наличие дополнительного жесткого внутреннего слоя, то есть были сформированы чередующиеся многослойные SEI жесткие-мягкие-жесткие.

Чтобы понять происхождение различного механического поведения трех типов SEI, характеристика химического состава в зависимости от глубины была проведена с помощью анализа профиля рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS).Для пропитанного образца (рис. 4a, b и дополнительный рис. 8a) неорганические частицы LiF, LiNSO 2 CF 3 и Li 3 N являются основными компонентами во внутренней области, в то время как LiCF 3 , LiNSO 2 CF 3 и Li 2 S 2 O 4 в приповерхностной области. Существует очень мало органических фрагментов, в основном из продуктов восстановления с высокой степенью окисления, таких как CH 3 OCH 2 CH 2 OLi, поскольку сигнал C 1s слабый, широкий и случайный, в основном от алифатического C; это дополнительно подтверждается широкими сигналами аморфных органических солей Li, наблюдаемыми с помощью структуры вблизи края поглощения рентгеновских лучей (XANES) 42 (дополнительный рис.10). В спектрах между временем травления 30 и 60 с наблюдается срез сигналов, разделяющий пленку SEI на два богатых неорганическими веществами слоя, что обозначается как структура I – I или полностью неорганическая структура (дополнительный рис. 9a). Интересно, что такой I – I тип структуры SEI контрастирует с традиционной двухслойной I – O моделью SEI 34,43 , которая долгое время широко использовалась для SEI.

Рис. 4

Характеристика химического состава и структуры слоев SEI. a , c , e XPS-спектры элементов F и C, записанные после разного времени распыления ионами аргона на пропитанном Li-электроде ( a ) и полированных Li-электродах с O – I ( c ) и I. –O – I ( e ) структурированные SEI соответственно. b , d , f Соответствующие профили атомной концентрации элементов C, O и F. по глубине. г FTIR-спектры записаны для Li-электродов в различных условиях. ч Измерения EIS пропитанных и отполированных литиевых электродов после пяти циклов гальваностатического цикла при 0,5 мА см. –2 . Предлагаемая эквивалентная схема для подбора спектров EIS приведена на вставке

Далее, мягко-жесткая SEI, сформированная после процесса ESP с одним потенциальным шагом для снятия изоляции, демонстрирует совершенно другую химическую структуру. Пассивный слой отсутствует, поскольку сигналы от Li 2 O и карбонильных частиц (CO 3 2-) не наблюдаются с помощью XPS и XANES (дополнительные рис.8b и 10) и отсутствие сигнала от гидроксила (–OH) по данным инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR) (дополнительный рис. 11). Это оставляет свежую поверхность Li для образования SEI. Однако примечательно, что во внутренней области (время распыления от 30 до 150 с) сигнал фрагментов C – O четко указывает на присутствие упорядоченного полимерного ROLi с низкой степенью окисления, который богат C – O – C, C – C –O, O – C – O, в отличие от почти полного отсутствия таких фрагментов в I – I структурированном SEI пропитанного образца. Однако в поверхностной области присутствует ROLi с высокой степенью окисления, о чем судят по появлению алифатического сигнала C; Между тем, неорганические LiCF 3 и LiF становятся доминирующими с небольшим количеством Li 2 NSO 2 CF 3 и Li 2 S 2 O 4 и Li 2 SO 3 ( Инжир.4c, d и дополнительный рис. 8b). Эти результаты предполагают структуру SEI с богатым органическими веществами внутренним слоем ок. Толщиной 10 нм и богатый неорганическими веществами внешний слой ок. Толщина 2 нм, оцененная из калиброванной скорости распыления 4 нм в минуту в Si, поэтому мы обозначаем мягко-жесткий SEI как SEI со структурой O – I (дополнительный рис. 9b).

Наконец, жесткий-мягкий-жесткий SEI, созданный с несколькими потенциальными ступенями для удаления в процессе ESP, приводит к SEI со структурой I – O – I, в которой средний слой с органической смесью зажат двумя слоями, богатыми неорганическими соединениями. внутренняя и внешняя области соответственно (дополнительный рис.9в), с общей толщиной SEI ок. 26 нм. Обратите внимание, что каждый слой SEI со структурой I – O – I содержит компоненты и структуру, которые имеют незначительные отличия от таковых SEI со структурой O – I (рис. 4e, f): богатый I внутренний слой содержит фрагмент Li – C в качестве результат обнажения свежеобразованной поверхности Li при растворении Li; средний слой, смешанный с O, содержит фрагмент C – O – C с незначительным алифатическим сигналом C; и крайняя область внешнего слоя с высоким содержанием I богата LiNSO 2 CF 3 , в то время как компоненты LiF похоронены под ним.Примечательно, что сигналы на основе S также указывают на присутствие значительного количества Li 2 S по всей толщине SEI (дополнительный рис. 8c).

Таким образом, химический состав и структура трех SEI, выявленных анализом профиля XPS, и механические свойства, проверенные измерениями силовой кривой AFM, подтверждают друг друга: полностью неорганический SEI является жестким, в то время как O – I и I– Структурированные SEI O – I обладают сочетанием эластичности (мягкости) и жесткости (жесткости).В частности, комбинация двух химически различных слоев O – I механически ведет себя как амортизирующий слой, который может сопротивляться росту дендритов. Кажущиеся модули Юнга составляют 7,2 ± 0,7 ГПа для O – I SEI и 3,5 ± 0,9 ГПа для комбинированной O – I части I – O – I SEI. Эти значения меньше, чем у all – I SEI (10,9 ± 5,7 ГПа), но находятся в пределах области применения жестких неорганических материалов 41,44,45 (рис. 3c, f, i и дополнительное примечание 3). Статистический анализ толщины показывает общую толщину 22 ± 10, 11 ± 2 и 21 ± 3 нм для всех-I SEI, O – I SEI и I – O – I SEI, соответственно, после коррекции деформации Li (дополнительное примечание 4 и дополнительный рис.5д). Эти значения являются меньшими по той причине, что богатый органическими веществами слой упруго деформируется и не проникает при прессовании. Связанная эластичность и жесткость, представленные ультратонким сверхгладким I – O – I SEI, аналогичны благоприятным механическим свойствам, которыми обладают гораздо более толстые полимерные искусственные SEI, которые, как было продемонстрировано, способны компенсировать межфазные колебания во время процессов нанесения / снятия лития. 46,47,48 .

M

A + — обогащенный SEI для повышения проводимости

Чрезвычайно высокая поверхностная концентрация M A + , возникающая при удалении M Поверхность способствует восстановлению TFSI или трифторметансульфонатного (OTf) аниона до низкие степени окисления; в случае Li-электрода он также обеспечивает возможность для ДОЛ восстанавливать и образовывать олигомер с включением лития (ROLi) n
, а не только цепь ROLi с концом Li, где R означает полимерный (CH 3 CH 2 OCH 2 O–) n
или (CH 3 OCH 2 CH 2 O–) n
фрагмент.Таким образом, во всех случаях возможно создание SEI, обогащенного M A , и сетчатый каркас, объединенный с полимерным (CH 3 CH 2 OCH 2 O–) n
или (CH 3 OCH 2 CH 2 O–) n
фрагмент в случае Li-электрода. Далее мы сосредоточимся на Li-электроде для дальнейшего обсуждения структуры SEI.

FTIR-измерения выявляют различия между тремя типами SEI (рис.4g и дополнительная таблица 4), который поддерживает богатую Li + сетчатую структуру SEI O – I и I – O – I. Во-первых, сигнал полосы 575 см –1 , относящейся к качающейся моде колебаний Li – O, увеличивается в последовательности I – O – I SEI> O – I SEI> all – I SEI, что означает количество Li + в той же последовательности. Во-вторых, чрезвычайно сильные полосы при ~ 625 см –1 , в значительной степени обусловленные различными модами растяжения кластеров LiF 49 , показывают, что все три типа SEI содержат значительное количество кластеров LiF.Более того, широкая фоновая особенность в области 1000–1400 см –1 от основанных на C полос органических компонентов (например, C – C, C – O и C – H), наблюдаемых на O – I и I –O – I структурированные SEI являются показателем присутствия сшитой структуры в этих SEI. Эти особенности позволяют предположить, что Li + -богатый олигмерный (ROLi) n
фрагментов, более предпочтительных, чем фрагмент ROLi, напоминающий цепь с концом Li, образуются в I – O – I и O – I SEI (см. Дополнительное примечание 5 и дополнительный рис.13). Следовательно, сетевая структура, состоящая из олигмерных (ROLi) n
, объединенный с небольшими неорганическими молекулами и кластерами, такими как LiF и Li. 2 S предлагается (см. Дополнительное примечание 6), в котором ожидается, что большое количество сайтов Li в сети обеспечит каналы, которые способствуют проводимости ионов Li. На основании проведенного выше анализа можно сделать вывод, что типы структур SEI O – I и I – O – I не только противоречат I – I структуре SEI пропитанного образца и модели неупорядоченного мозаичного типа для SEI, но также ожидается быстрый перенос ионов Li + .

Действительно, измерения спектроскопии электрохимического импеданса (EIS) (рис. 4h и дополнительная таблица 5) показывают, что SEI типов O – I и I – O – I имеют значительно меньшее сопротивление SEI (21 и 28 Ом), а также сопротивление переноса заряда (23 и 30 Ом) по сравнению с пропитанным образцом (87 и 50 Ом) соответственно. Это показывает, что не только перенос Li + через тонкий слой SEI, но также перенос электронов через границу раздела Li – SEI, значительно усиливается в SEI, сформированных на свежих и плоских поверхностях Li.Кроме того, учитывая толщину 12 и 26 нм, проводимость 3 × 10 –8 и 5 × 10 –8 См см –1 оценивается для SEI O – I и I – O – I соответственно. , которые примерно в десять раз лучше, чем для SEI 50 .

Улучшенные электрохимические характеристики полированных литиевых анодов

Li-rich USUT SEI с многослойными структурами O – I и I – O – I на плоской поверхности Li обладают всеми характеристиками для идеального SEI. Особое значение имеет совокупная жесткость и эластичность этих SEI, что является очень желательным механическим свойством для стабилизации анодов Li (рис.5 и дополнительные фиг. 14–18). Обладая этими особенностями и достоинствами, тонкопленочные аноды Li с I – O – I SEI могут работать более 500 и 300 стабильных циклов с 10% DOD (Рис. 5e) и 50% DOD (Дополнительный Рис. 16c), соответственно, при 10 мА см –2 . Чтобы отдельно оценить способность готового I – O – I SEI работать на инородном субстрате, были использованы асимметричные ячейки Cu || Li (см. Раздел «Методы»). Как показано на рис. 5g, элемент Cu || Li может работать более 200 циклов со 100% DOD при плотности тока 2 мА · см –2 и емкости 1 мА · ч · см –2 со средней кулоновской эффективностью. ~ 99% в электролите с обычной концентрацией соли Li (1 M LiTFSI / DME-DOL) и без добавок, что приближается к характеристикам, достигаемым при использовании высокой концентрации соли Li и протоколе циклического режима 51 .

Рис. 5

Электрохимические характеристики полированных и пропитанных литиевых анодов. a , c , e Профили напряжения симметричных литиевых элементов с пропитанными или отполированными тонкопленочными электродами из лития с использованием электролита 1 M LiTFSI / DME-DOL. b , d , f СЭМ-изображения пропитанного Li-электрода ( b ) и полированных Li-электродов с O – I ( d ) и I – O – I SEI ( f ) через 100 , 100 и 400 циклов соответственно.Масштабные полосы составляют 10 мкм (левые изображения b , d , f ) и 50 мкм (правые изображения b , d , f ). г i Кулоновский КПД ( г ), профили напряжения ( h ) и гистерезис напряжения ( i ) элементов Cu || Li при 2 мА см –2 . И медная подложка, и литиевая фольга были покрыты предварительно подготовленными I – O – I SEI

. Оптимизация процесса ESP может дополнительно улучшить характеристики анодов M A для конкретных целей.Для размещения Li – S аккумуляторов в электролит из 1 M LiTFSI, растворенного в 1,2-диметоксиэтане (DME), и DOL для полировки литиевых электродов были добавлены дополнительные 2 мас.% LiNO 3 . Полученный таким образом I – O – I SEI значительно увеличивает способность противостоять реакции поверхности Li с серой, так что выдерживается не менее 450 циклов в отсутствие LiNO 3 с глубиной разряда Li до 30% (см. раздел для подробного расчета DOD) и кулоновский КПД почти 100% (дополнительный рис.19). Для дальнейшего исследования потенциального применения SEI, приготовленных в электролите на основе DOL в литий-металлических батареях с электролитом на основе карбоната, Li || LiCoO 2 полных элементов в электролите 1 M LiPF 6 в EC-DMC-EMC ( V / V / V , 1/1/1). Полная ячейка с Li-анодом, покрытым SEI со структурой I – O – I, демонстрирует многообещающую обратимость с КПД Columbic 99,7% и сохранением емкости 83% после 200 циклов (дополнительный рис.20).

Приведенные выше результаты демонстрируют, что, несмотря на большой модуль Юнга SEI, грубая, полностью неорганическая структура SEI способствует росту дендритов; Напротив, многослойный SEI USUT с сопряженной жесткостью и эластичностью, даже в автономном подобном состоянии на медной подложке, может подавлять рост дендритов для долговременной стабильности анодов Li.

Повышенная стабильность полированных анодов Na и K

Аноды Na и K, созданные с помощью процессов ESP, имеют полностью неорганический тип структуры SEI, что подтверждено результатами XPS, FTIR и AFM (дополнительные рис.21–23) по той причине, что принятые в настоящее время электролиты, совместимые с анодами Na и K, NaOTf / диглимом и KTFSI / DME, соответственно, не содержат DOL, который в противном случае был бы существенным для создания богатых органическими веществами фрагментов. Тем не менее, по сравнению с полностью неорганическим SEI на пропитанном Li-аноде, эти SEI тоньше, примерно. 15 и 7 нм с кажущимися модулями Юнга ок. 1,3 и 14,2 ГПа для анодов Na и K соответственно. Однако важно отметить, что, поскольку основные проблемы для анодов Na и K возникают из-за низкого качества SEI, которое затем вызывает рост дендритов и вызывает чрезмерный расход электролита, компактные и стабильные SEI с содержанием Na + и K + с высоким содержанием гладких поверхностей Na и K может быть достаточно, чтобы обойти проблемы.До сих пор не сообщалось о стабильности циклирования для анодов Na со 100% DOD для элемента Cu || Na, который может работать не менее 550 циклов с эффективностью Columbic, близкой к 100% (рис. 6d, e). Оптические изображения показывают, что поверхность полированного Na остается металлическим блеском и относительно плоской после 400 циклов (рис. 6f). Что касается анодов К, то симметричные ячейки собирались с двумя полированными электродами из фольги К. Предварительная попытка процесса ESP приводит к повышению стабильности, по крайней мере, на 200 циклов (0,1 мА · см –2 с 0.02 мАч см –2 в 1 M KTFSI / DME) (дополнительный рис. 24).

Рис. 6

Электрохимические характеристики полированных анодов Na и K. a c Профили напряжения симметричных Na-ячеек с пропитанными ( a ) и полированными ( b , c ) электродами из натриевой фольги с электролитом 1 M NaOTf в диглиме. d , e Кулоновская эффективность ( d ) и профили напряжения ( e ) асимметричных элементов Cu || Na с использованием электролита 1 M NaOTf в диглиме при плотности тока 2 мА см −2 .Оба электрода из Cu и Na были покрыты SEI, созданными в процессе ESP (см. Раздел «Методы»). f Оптические изображения пропитанной и полированной Na фольги после 400 циклов

Нетоксичный жидкометаллический аккумулятор, работающий при комнатной температуре

Исследователи создали жидкометаллическую батарею, работающую при комнатной температуре. Он обещает большую мощность, чем современные литий-ионные батареи, и может заряжать и передавать энергию в несколько раз быстрее.

Источник изображения: Daniel Olah

Беспроводные источники энергии становятся все более важными в современной жизни, при этом батареи постоянно адаптируются и улучшаются для питания электронных устройств с высокими характеристиками и минимальными затратами.К сожалению, до сих пор не существует «чудо-батареи», сочетающей в себе все желаемые свойства высокой плотности энергии, легкой конструкции, безопасного обращения и многих тысяч циклов зарядки.

Теперь исследователи из Техасского университета в Остине сообщили в недавней статье, опубликованной в Advanced Materials , что они создали совершенно новый тип батареи, который сочетает в себе многие преимущества существующих концепций батарей и устраняет их ключевые недостатки. Исследователи создали то, что они называют «полностью жидкометаллической батареей комнатной температуры», которая сочетает в себе лучшее из жидких и твердотельных батарей.

Текущие концепции аккумуляторных батарей

Большинство батарей состоит из твердотельных электродов, таких как литий-ионные батареи, используемые в мобильных телефонах или ноутбуках, или из жидких электродов. Жидкометаллические батареи считаются потенциальными электрохимическими системами для стационарного накопления энергии из-за их стабильной цикличности и незначительного саморазряда. Однако современные жидкометаллические батареи должны работать при температурах выше 240 ° C, чтобы металлические электроды оставались в расплавленном / жидком состоянии.

Сегодня щелочные металлы, такие как литий, натрий или калий, считаются наиболее перспективным электродным материалом для достижения высокой плотности энергии. Однако использование щелочных металлов затруднено большим изменением объема, серьезным разрушительным ростом кристаллов и разложением электролита.

Введение жидких металлов предлагает многообещающий подход к устранению проблем с щелочными металлами, однако их высокие рабочие температуры создают очевидные проблемы.

Жидкие металлы при комнатной температуре

В текущем исследовании группа под руководством профессора Гихуа Ю из Техасского университета в Остине разработала жидкометаллическую батарею, работающую при комнатной температуре, с анодом из натрий-калиевого сплава и катодом из сплава на основе галлия.По сравнению с жидкими металлическими электродами на основе свинца и ртути, которые обычно используются для решения проблемы высоких температур жидкометаллических батарей, эти сплавы нетоксичны и экологически безвредны.

Металлические электроды в батарее группы оставались жидкими при температуре 20 ° C (68 ° F), что является самой низкой рабочей температурой, когда-либо зарегистрированной для жидкометаллической батареи, по словам исследователей.

Исследования показали, что эти жидкометаллические батареи обеспечивают стабильную циклическую работу и незначительный саморазряд.По словам исследователей, батарея, работающая при комнатной температуре, обещает больше энергии, чем современные литий-ионные батареи, и может заряжаться и отдавать энергию в несколько раз быстрее.

Многообещающие перспективы на будущее

«Эта батарея может обеспечить все преимущества как твердого, так и жидкого состояния, включая большую энергию, повышенную стабильность и гибкость, без соответствующих недостатков, а также экономию энергии», — заявил ведущий автор статьи доктор Ю Дин.

Благодаря наличию жидких компонентов новую батарею можно легко увеличить или уменьшить в зависимости от необходимой мощности.Такая гибкость позволяет этим батареям потенциально питать все, от смартфонов и часов до крупных сетевых приложений.

Исследователи работали над этим проектом более трех лет, но работа еще не закончена. Поиск альтернативы дорогому галлию, который мог бы обеспечить такие же характеристики, остается ключевой задачей. Кроме того, исследователи отмечают, что возможно создать батарею с еще более низкими температурами плавления, используя материалы, которые они до сих пор не рассматривали.

Ссылка: Y. Ding, et al., « Цельнометаллические аккумуляторные батареи для комнатной температуры на основе легкоплавких сплавов с регулируемой межфазной химией и смачиванием, ». Advanced Materials (2020). DOI: 10.1002 / adma.202002577

Какие химические вещества используются в аккумуляторах?

Для сборки батареи требуются определенные детали, состоящие из металлов и химикатов, которые влияют на стоимость батарей.

Давайте обсудим основные химические вещества, участвующие в производстве батареи:

a) Корпус батареи: Основная идея герметизации батареи корпусом батареи заключается в сохранении безопасности корпуса батареи, который является основным источником преобразования химической энергии в электрическую.Этот кожух изготавливается слоями, созданными из различного сырья, и может включать один или два, например, слоя полиэтилентерефталата, слоя полипропилена и слоя полимера или слоев карбонизированного пластика.

b) Химический состав батареи: Чтобы выполнять свою основную функцию генерации тока для питания различных устройств, батарея должна содержать различные типы химической основы, которые различаются в зависимости от типа батареи:

и. Никель-кадмиевые батареи с использованием никеля и кадмия для длительного срока службы, расширенного температурного диапазона и высокой скорости разряда.

ii. Углеродно-цинковая батарея: Углеродно-цинковая батарея содержит диоксид марганца в качестве катода, цинк в качестве анода и хлорид цинка или хлорид аммония в качестве электролита.

iii. Свинцово-кислотные батареи: Свинцово-кислотные батареи содержат: диоксид свинца и металлический свинец в качестве анода и серную кислоту (электролит)

iv. Литий-ионные батареи: в батареях этого типа могут использоваться различные вещества, однако лучшая комбинация — это углерод в качестве анода и оксид лития-кобальта в качестве катода.

v. Многоразовые щелочные батареи: анод представляет собой цинковый порошок, а катод — из смеси диоксида марганца. Батарея получила свое название от электролита гидроксида калия, который представляет собой растворимое вещество.

c) Электролит батареи: Электролит — это среда, которая позволяет электронам течь между двумя электродами (анодом и катодом). Электролит — это проводящий химикат, состоящий из соли, основания или кислоты, растворенных в растворителе, образуя раствор, который становится проводником электричества.Химические вещества, которые являются электролитами, включают: хлорид натрия, хлорную кислоту, азотную кислоту, нитрат калия, соляную кислоту, нитрат калия, серную кислоту, гидроксид натрия, гидроксид магния и ацетат натрия.

См. Также:

Металлы, используемые в батареях

Аккумулятор с электролитом

Твердотельные полимерные электролиты для высокоэффективных литий-металлических батарей

Физическая структура и термодинамические характеристики

На рисунке 1а показана схема процедуры синтеза, используемой для создания твердотельных полимерных электролитов, используемых в настоящем исследовании.Это простой одностадийный процесс полимеризации в массе, не требующий растворителя. В частности, поли (этиленгликоль) диметакрилат (PEGDMA) с молекулярной массой 750 Да добавляют к бис (2-метоксиэтиловому) эфиру (диглиму) в различных объемных долях. Оба материала обладают хорошей химической стабильностью с металлическим Li-электродом и, благодаря хорошо известным сильным взаимодействиям между полиэфирами и метакрилатами, а также между олигоэфирами и многими солями лития, самопроизвольно образуют низковязкие однокомпонентные жидкие смеси электролитов в отсутствие каких-либо растворитель.Мы обнаружили, что эти смеси можно легко нанести на подложку из лития в перчаточном боксе с образованием жидких пленок практически любой желаемой толщины на литии. Здесь нас интересует демонстрация демонстрации концептуального типа, поэтому мы сосредотачиваемся только на одной толщине около 100 мкм. В присутствии подходящего свободнорадикального инициатора, такого как метилбензоилформиат (MBF), также возможно побудить каждую из метакрилатных групп образовывать до двух связей с другими цепями PEGDMA, быстро сшивая и затвердая покрытия и улавливание подвижного олигоэфирного электролита в порах.

Рис. 1

Физическая структура и термодинамические характеристики. a Химические структуры прекурсоров, используемых для синтеза полимерных сеток, используемых в исследовании. b Фотография типичного образца полимерной сетки. c Схема, иллюстрирующая концепцию сшивания in situ на металлическом электроде. d Термограммы, полученные с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) для мембран с полимерной сеткой для различных фракций (Ф) ПЭГДМА.Пунктирными линиями отмечены ступенчатые изменения теплового потока, обсуждаемые в тексте. e Температура стеклования как функция от фракции ПЭГДМА (Φ) в мембранах. Красная линия соответствует результатам эксперимента по Гордону-Тейлору. Нитрат (LiNO3), который, как широко сообщается, оказывает положительное влияние на стабилизацию SEI, образующегося на металлическом литиевом аноде.Сшивание было достигнуто в настоящей работе путем воздействия на смеси ультрафиолетового (УФ) света ( λ = 320 нм), чтобы вызвать фотополимеризацию метакрилатных групп. Результатом фотополимеризации является прочная эластичная мембрана толщиной примерно 100 мкм, прочно связанная с нижележащим субстратом. Степень мягкости зависит от содержания олигоэфира во всей смеси, потому что только ПЭГДМА участвует в реакции сшивания. На рис. 1b показана прозрачная и однородная мембрана с содержанием PEGDMA (ϕ = 40%), на которой отсутствуют наблюдаемые агрегаты или признаки образования кристаллитов.Кроме того, на дополнительном рисунке 1 можно увидеть, что материал имеет резиновую текстуру и способен полностью восстанавливать свою структуру даже после больших макроскопических деформаций. Поскольку реакция поперечного сшивания является реакцией полимеризации в массе, процесс образования мембраны можно проводить непосредственно на литиевом металлическом электроде или на другой подложке с более низкой поверхностной энергией (представленной на схеме на фиг. 1c). Эта универсальность важна, так как позволяет детально изучать материалы либо в виде неповрежденных межфазных границ твердого электролита на Li, либо в виде однокомпонентных твердотельных электролитов, либо в виде автономных пленок.

Эволюция химии химической связи в полимерных электролитах с различным содержанием PEGDMA в растворе предшественника была изучена с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR). Результаты, проиллюстрированные на дополнительном рисунке 2, показывают, что связь C = O 23 на ~ 1700 см -1 , связанная с PEGDMA, увеличивается по интенсивности и смещается в сторону более низкого волнового числа с увеличением содержания PEGDMA. Этот сдвиг указывает на уменьшение эффективного момента инерции поглотителей, что коррелирует с уменьшением расстояния между точками сети в поперечно-сшитом материале.Таким образом, увеличение содержания ПЭГДМА приводит к более высокой плотности сшивки, что приводит к образованию мембран, которые становятся макроскопически более эластичными и механически более прочными. Кроме того, мы обнаружили, что пик при ~ 1650 см -1 , присутствующий в несшитом ПЭГДМА, значительно уменьшается или исчезает для всех образцов сшитого полимера, указывая на то, что цепи ПЭГ сильно сшиты. Интересно, что мы также обнаружили, что при ϕ <40% спектры FTIR в «области отпечатков пальцев» (<1000 см -1 ) показывают множественные колебательные пики в отличие от одного сильного пика при более высоких значениях ϕ.Мы предполагаем, что этот переход обусловлен ограничивающим эффектом 24 на свободные молекулы диглима из-за присутствия перколированной сети PEGDMA. Это может быть объяснено тем фактом, что наличие нескольких пиков в этой области указывает на различные моды колебаний, в то время как один пик представляет собой отсутствие свободы для колебательной релаксации.

Мы используем динамический механический анализатор, чтобы понять механические свойства полимерной сети. На дополнительном рис.3 видно, что модуль упругости линейно увеличивается с увеличением содержания PEGDMA. Важно отметить, что это представляет собой увеличение плотности сшивки в образцах полимера, поскольку содержание сшитого PEGDMA выше. Дополнительный рис. 4 иллюстрирует, как такая поперечно-сшитая мембрана in situ может использоваться в качестве искусственных межфазных границ твердого электролита (ASEI) для подавления физической и химической нестабильности на электроде из щелочного металла. Прежде чем оценивать электрохимические последствия этой конструкции ASEI, мы сначала рассмотрим фундаментальные физические характеристики материалов и на этой основе выясним их универсальность.Результаты дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) чистого диглима — LiNO 3 (ϕ = 0%), а также чистого PEGDMA мембраны-LiNO 3 (ϕ = 100%) показаны на дополнительном рис. термограммы ДСК для промежуточных ϕ представлены на рис. 1d. В определенных диапазонах температур, показанных на этих рисунках, наблюдается фазовый переход второго рода, связанный со стеклованием полимерных мембран. Этот переход отражает фазовый переход из расплава в стеклообразное состояние из-за кинетического захвата молекул из-за уменьшения свободного объема.Температура стеклования (Tg), наблюдаемая при ϕ = 0, соответствующем чистому диглиму-LiNO 3 и ϕ = 100% (чистый PEGDMA-LiNO 3 ), составляет -107,58 ° C и -20,37 ° C, соответственно, как показано на дополнительном рис. 5.

Известно, что совместимые полимерные смеси показывают различные промежуточные Tg соответствующих материалов, в то время как Tg полностью смешанной смеси дает единственную Tg, которая зависит от молекулярной дисперсии и относительной силы межмолекулярных сил. в материалах.Мембрана с содержанием PEGDMA 20% показывает два различных значения Tg -91,01 ° C и -25 ° C (см. Рис. 1d), которые можно отнести к двум фазам, богатым диглимом и PEGDMA, соответственно. Здесь мембрана существует в двух отдельных фазах, что означает, что PEGDMA в исходной смеси не подходит для образования полностью связанной сети после сшивания. Это означает, что только небольшая часть добавленного диглима взаимодействует с поперечно-сшитой фазой, тогда как остальная часть существует как вторая фаза, которая по существу представляет собой свободную жидкость.Подобное поведение Tg наблюдалось в частично смешивающихся смесях полимеров, которые взаимодействуют на границе раздела 25,26,27 .

При ϕ = 40% событие стеклования происходит в заметно расширенном диапазоне температур, что указывает на то, что сеть PEGDMA в мембране находится в той точке в пределах, где она существует как один единственный компонент. В этой композиции отдельные значения Tg начинают сливаться, указывая на химически гомогенный материал, такой, что цепи PEG проникают равномерно по всей мембране, и он демонстрирует механическую прочность, сравнимую с полностью сшитой сеткой, при сохранении проводимости, близкой к проводимости чистой (чистой) жидкость) электролит.При дальнейшем увеличении состава PEGDMA значения Tg полностью сливаются с резким переходом (показанным при ϕ = 60% и выше), что указывает на формирование однофазной перколированной сетки. На этом этапе сшитые сети демонстрируют характеристики так называемых твердотельных электролитов: механически упругие, но ограниченные из-за низкой ионной проводимости.

На рисунке 1e сравниваются значения Tg для синтезированного материала при всем содержании PEGDMA. Измеренные значения Tg соответствовали классическому соотношению Гордона-Тейлора: 28 Tg = (w 1 Tg 1 + K o w 2 Tg 2 ) / (w 1 + K o w 2 ), где w 1 и w 2 — весовые доли диглима — LiNO 3 и PEGDMA-LiNO 3 , а Tg 1 и Tg 2 — стекло температура перехода такая же.K o здесь составляет 0,35, что получается из аппроксимации методом наименьших квадратов экспериментальных значений, что указывает на относительное изменение теплоемкостей по сравнению с чистыми компонентами. Соотношения Гордона-Тейлора справедливы для невзаимодействующих ( х = 0) смесей полимеров. Было отмечено, что вторая температура стеклования при ϕ = 20%, не соответствующая соотношению Гордона-Тейлора, близка к значению при ϕ = 100%. Таким образом, можно сделать вывод, что по мере увеличения содержания PEGDMA первая фаза (богатая сеткой PEG) продолжает расти и по существу поглощает молекулы диглима с образованием плотной и набухшей перколированной сети полимерных цепей.

Структурно-зависимые свойства ионного переноса

Частотно-зависимая проводимость может дать важную информацию, касающуюся механизмов переноса ионов, а также структурных устройств. На рисунке 2а показана нормализованная реальная составляющая переменного тока. проводимость как функция частоты для различного содержания PEGDMA, полученного с помощью диэлектрической спектроскопии при 30 ° C. Диапазон значений частоты, представленный на рис. 2а, охватывает только высокие и средние значения, ниже которых начинают преобладать поляризационные эффекты на границе раздела электрод-электролит.Видно, что на более низких частотах проводимость не зависит от частоты, обозначающей объемную часть или постоянный ток. проводимость (σ o ). В высокочастотной области значения проводимости постепенно превышают критическую частоту ω c из-за коррелированных ионных движений и зависят от микроструктуры основной среды, а также от температуры. Такое поведение также повсеместно наблюдается в нескольких стеклообразных и твердых полимерных электролитах, о которых сообщается в литературе. Сплошная линия соответствует рис.2а представляют модель скачкообразной релаксации, предложенную Jonscher 29 для термически активированных процессов, которая была математически воспроизведена Крамером и др. 30 в виде степенного выражения: σ = σ o [1 + (τω) p ]. Здесь τ — временной масштаб диэлектрической релаксации, который зависит от кулоновских взаимодействий между полимерными цепями и подвижными ионами. Показатель степени p обозначает отношение между временем релаксации прямого скачка и обратного скачка. Изменение τ и p при разном содержании PEGDMA (ϕ) представлено на рис.2b. Видно, что время прыжковой релаксации ионов (τ) быстро увеличивается за пределы ϕ = 40%. Это можно объяснить переходом механизма проводимости от объемного движения олигомеров к процессам перескока ионов по связям ЭО в перколированной сетке. Свидетельством этого является переход от смешанной диглимовой сетки к однофазному твердому электролиту, наблюдаемый по поведению стеклования при ϕ = 40% и выше. Кроме того, видно, что значение p изменяется от> 1 до менее единицы при той же доле.Ранее в литературе сообщалось, что твердые полимерные электролиты на основе ПЭО демонстрируют p <1 из-за катионной природы ионного транспорта, когда ионы Li + прыгают через координацию с молекулами ЭО, однако также и при повышенных температурах. что касается жидких электролитов, p выше 1. Этот аргумент аналогичным образом подтверждает нашу предложенную идею о том, что все молекулы диглима «прочно» связаны перколированной сеткой за пределами ϕ = 40%.

Фиг.2

Структурно-зависимые свойства переноса ионов. a Нормализованная проводимость переменного тока как функция частоты. Измеренные значения показаны в виде маркеров, а линии представляют собой подгонки с использованием уравнения Крамера. b Результаты частотно-зависимых измерений проводимости. Левая ось показывает время релаксации переноса ионов, а правая ось показывает отношение скорости обратных скачков к прямой, полученное из степенной модели. c Электропроводность как функция содержания PEGDMA при фиксированной температуре. d Кажущаяся энергия активации переноса ионов, полученная с использованием модели VFT в зависимости от содержания PEGDMA

Дополнительный рисунок 6 показывает постоянный ток. проводимость, полученная из области плато частотно-зависимой проводимости как функция обратной температуры. Сплошные линии здесь представляют модель Фогеля – Фулчера – Таммана (VFT), заданную следующим образом: σ o = Α exp (- E a / R ( T T o )), обеспечивает связь между скоростью переноса ионов и температурой.Здесь A — предварительный фактор, относящийся к общему количеству носителей заряда, E a — энергия активации, а T o обозначают характеристическую температуру, ниже которой перенос ионов прекращается. Превосходная посадка, обеспечиваемая моделью VFT, подтверждает отсутствие каких-либо химических или морфологических изменений, вызванных температурой, в условиях измерения. Значения проводимости, полученные при 30 ° C, представлены как функция ϕ на рис. 2c.Видно, что от ϕ = 0 до 40% проводимость уменьшается примерно на один порядок, но затем быстро падает на несколько порядков. Работа ячеек, созданных с использованием мембраны с ϕ> 40%, потребует повышенных рабочих температур, подобно многим семействам твердых полимерных электролитов, о которых ранее сообщалось в литературе 20,31,32 . На рис. 2d показана энергия активации, полученная при использовании VFT-фитингов. Видно, что энергия активации прыжков ионов сначала постепенно увеличивается по мере роста состава ϕ = 40%, а затем резко возрастает.Это означает, что перенос ионов через мембрану происходит преимущественно за счет жидких процессов и в соответствии с результатами Tg, обсуждавшимися в предыдущем разделе, происходит переключение на поведение объемного твердого полимера, поскольку сеть PEDGMA становится более эффективной в ограничении локального движения сегментов олигоэфира. Таким образом, очевидно, что молекулярные взаимодействия между олигомерами и сегментами полимерной сетки (известно, что простые полиэфиры сильно взаимодействуют с ПЭГ и даже более сильно с акрилатными сегментами в сетках 27 ), в конечном итоге играет решающую роль в регулировании крупномасштабных ионных транспортные процессы в материалах.Наша гипотеза состоит в том, что при некотором оптимальном составе около 40% PEGDMA ограничения на движение, обеспечиваемые сетью, достаточно сильны, чтобы препятствовать крупномасштабному переносу, который вызывает гидродинамическую нестабильность, но достаточно слабым, чтобы позволить локальное высвобождение олигоэфира для обеспечения транспорта ионов. .

В отсутствие принудительной конвекции электроосаждение представляет собой процесс, ограниченный диффузией, так что скорость переноса ионов при каждой разности потенциалов должна быть функцией ионной проводимости.Однако при промежуточных разностях напряжений скорость переноса ионов должна достигнуть максимального значения, известного как предельная плотность тока, которую можно рассчитать как Дж lim = zFDc / δ, где z — заряд, F — постоянная Фарадея, c — объемная концентрация, D — коэффициент диффузии ионов и δ — толщина диффузионного слоя. При более высоких напряжениях скорость миграции анионов превышает скорость диффузии, вызывая нарушение электронейтральности в области вблизи поверхности раздела электрод-электролит, что приводит к образованию области пространственного заряда.Экспериментально наблюдалось, а также предсказывалось на основе теории Нернста-Планка, что большое электрическое поле около электродов генерирует поле конвективного потока, перемещающее ионы через область пространственного заряда, тем самым создавая потоки ионов, превышающие предельный ток, что дает то, что называется «сверхпредельная» проводимость в жидких электролитах 33,34,35,36 . Поскольку скорость миграции ионов в этих условиях определяется силой электроконвективного потока, а не диффузией ионов, переход к сверхпредельной проводимости приводит к нескольким нежелательным событиям на электроде, включая безудержный рост дендритов на электродах и деградацию электролита в виде в результате паразитарных реакций с образованием электроосаждений с большой площадью поверхности.Эти нестабильности отсутствуют во всех твердотельных электролитах, потому что конвекция любого вида подавлена.

Гидродинамическая стабильность во время электроосаждения

Дополнительный рисунок 7 показывает плотность тока как функцию напряжения для наших мембран с различным содержанием PEGDMA. Измерения проводились в симметричных (Li || Li) двухэлектродных ячейках. Напряжение сканировали по лестнице от 0 до 5 В относительно Li / Li +, и регистрировали результирующий установившийся ток.Для электролитов с более низким содержанием PEGDMA (ϕ = 0–20%) плотность тока, измеренная при постоянном напряжении и нормированная на Дж lim , быстро расходится без какого-либо очевидного плато, что означает очень сильные конвективные процессы присутствуют в таких клетках, что позволяет доминировать чрезмерно ограничивающей проводимости. Это наблюдение можно противопоставить тому, что наблюдается при более высоком содержании PEGDMA (см. Рис. 3а и дополнительный рис. 6), где наблюдается четкая область плато, а плотность тока оказывается связанной током ограничения диффузии, даже до довольно высоких значений. напряжения.Таким образом, при содержании ПЭГДМА ϕ ≥ 40% мембраны способны полностью подавить электроконвективную нестабильность.

Рис. 3

Гидродинамическая стабильность при электроосаждении. a Нормализованные кривые ВАХ для мембран с различными фракциями ПЭГДМА (Φ). Здесь ось y нормирована на предельную плотность тока. b Рисунок, показывающий эволюцию архитектуры сшитого полимера с увеличением содержания PEGDMA. По мере увеличения Φ доля «свободного» диглима в сетках уменьшается, и PEGDMA динамически связывается с сеткой сшитого полимера в единственной перколированной структуре.

Мы полагаем, что эта особенность материалов является следствием того факта, что полимер PEGDMA сеть и связанный с ней жидкий электролит существуют в виде единого просачивающегося твердого вещества при более высоком (40–100%) содержании PEGDMA.Рисунок, суммирующий наблюдаемый эффект, представлен на рис. 3b. Показана архитектура сшитой сетки ПЭГДМА в твердой полимерной межфазной мембране. При избытке диглима физически влажная мембрана содержит смесь свободных и связанных с сетью цепей диглима. По мере увеличения содержания PEGDMA баланс смещается к цепям диглима, которые полностью связаны с сегментами сети и как таковые не могут двигаться независимо от мембраны. Как следствие, жидкий электролит ведет себя электрокинетически как часть твердой электролитической мембраны.Поэтому интересно, что взаимодействия олигомер-полимер, которые, как было показано ранее, регулируют термодинамику смесей на микромасштабе, также контролируют электрокинетику на макроуровне. Основываясь на этих наблюдениях, мы выбираем мембраны с содержанием PEGDMA ϕ = 40% в качестве идеальных материалов для создания твердой полимерной межфазной поверхности (SPI), которые одновременно демонстрируют характеристики жидкости и твердого вещества.

Морфологическая стабильность и электрохимические характеристики

Для описания макроскопической морфологической эволюции на аноде во время электроосаждения использовалась встроенная ячейка визуализации.Ячейка содержала стержни из двойного металлического лития в качестве электродов, покрытых SPI и жидким электролитом 1 M EC: DMC LiPF 6 в межэлектродном пространстве, заполняя центр трубки. Электроосаждение регистрировали визуально под оптическим микроскопом с использованием плотности тока 4 мА · см -2 . Морфология электроосаждения как для покрытых, так и для непокрытых электродов наблюдалась с регулярными интервалами до 1 часа, как показано на рис. 4а. Для контрольного электролита морфология электроосаждения явно «мшистая» и шероховатая по сравнению со случаем с твердой полимерной межфазной поверхностью.Количественная информация о морфологии электроосаждения представлена ​​в виде средней высоты отложений в зависимости от времени на рис. 4b. При линейной регрессии данных скорость роста первичных отложений лития с контролем оказалась равной ~ 90 нм с -1 , в то время как с SPI была обнаружена ~ 20 нм с -1 . Также видно, что планка погрешностей для контроля значительно выше, чем для SPI, что дополнительно подтверждает неоднородности и шероховатость, вызванные осаждением без SPI.Кроме того, мы оценили стабильность электроосаждения полимерных покрытий с различным содержанием PEGDMA, используя измерения на гальваностатической полосовой пластине в симметричном литиевом элементе с постоянной плотностью тока 0,5 мА · см -2 . Как видно на дополнительном рисунке 8, батареи, использующие ϕ = 20 и 40%, демонстрируют стабильную циклическую смену в течение не менее 1000 циклов, в то время как при более высоком содержании PEGDMA наблюдается быстрое увеличение перенапряжения или сильные шумы на профилях напряжения.Это указывает на то, что электрохимические свойства оптимальны при ϕ = 40%, а кроме того, плохая проводимость и жесткость дестабилизируют электроосаждение.

Рис. 4

Морфологическая стабильность и электрохимические характеристики. a Снимки границы раздела Li / электролит из экспериментов по оптической визуализации с временным разрешением. Снимки в первой строке представляют собой результаты для лития, покрытого синтезированной твердой полимерной межфазной фазой; во второй строке показаны результаты с литиевым электродом без покрытия.В обоих случаях электролитом является 1 M LiPF 6 в EC / DMC (50/50), а плотность тока составляет 4 мА · см -2 . Анод из металлического лития находится на левой стороне каждой микрофотографии, а противолиевый электрод — на правой стороне (здесь не показан). В первом ряду полимерный слой не в фокусе. Масштабные линейки представляют 100 мкм. b Средняя высота электроосаждения Li как функция времени. c , d Профили напряжения для Li || NCM батарей, литиевый анод покрыт твердой полимерной межфазной поверхностью для значений C / 5 и C / 2 соответственно.Используемый электролит: 0,6 M LiTFSI, 0,4 M LiBOB 0,05 LiPF 6 в EC / DMC

Мы оценили импеданс батареи с использованием различной толщины покрытия SPI на литиевом металлическом аноде в симметричной конфигурации ячейки. На дополнительном рис. 9а видно, что объемный и межфазный импедансы уменьшаются с уменьшением толщины SPI. Мы считаем, что полимерное покрытие можно обрабатывать до очень малой толщины, что полезно для достижения очень высокой объемной плотности энергии в практических применениях.Однако для целей этого отчета мы ограничиваем толщину покрытия SPI диапазоном 100 мкм. Мы исследовали химическую стабильность литиевого электрода с покрытием SPI, используя измерение импедансной спектроскопии как функцию времени, показанную на дополнительном рис. 9b. Наблюдается, что межфазный импеданс остается по существу неизменным, что указывает на то, что металлический литий не подвергается побочным реакциям в присутствии искусственной межфазной границы. Кроме того, мы провели посмертный анализ электроосажденного лития с твердым полимерным покрытием и без него, показанного на дополнительном рис.10. В этом эксперименте мы осаждали Li со скоростью 1 мА / см 2 в течение одного часа и наблюдали поверхность под растровым электронным микроскопом. Было видно, что без полимерного слоя отложения шероховатые и покрытые мхом, а полимерная пленка обеспечивает компактную морфологию электроосаждения. Дополнительный рис. 11 показывает CE клеток с покрытием SPI и без него (с ϕ = 40%) в зависимости от номера цикла. Результаты были получены с использованием асимметричной круглой ячейки с чистым литиевым электродом и противоэлектродом из нержавеющей стали с покрытием SPI или без него.В контрольном случае ячейка стабильно работает при уровне CE выше 80% в течение примерно 30 циклов, прежде чем CE упадет и ячейка выйдет из строя. Напротив, плоские элементы, изготовленные с покрытием SPI, показали CE> 80% в течение по меньшей мере 100 циклов. Ясно, что SPI может способствовать долговременной стабильности электроосаждения. SPI, нанесенный на литиевую фольгу, был соединен с интеркалирующим катодом из никель-кобальт-марганца (NMC-622) для исследования электрохимических характеристик материала SPI. Электролит, состоящий из 0.6 M LiTFSI, 0,4 M LiBOB 0,05 LiPF 6 в EC / DMC (1/1 по массе), о котором ранее сообщалось 37 для стабилизации работы ячейки при высоких потенциалах, был использован для этой части исследования. На рис. 4c, d показаны профили напряжения со скоростью C / 5 и C / 2 соответственно. Емкость и кулоновский КПД как функция количества циклов представлены на дополнительных рисунках 12a, 12b. Здесь 1C соответствует плотности тока 2 мА · см −2 . Можно видеть, что при обоих уровнях C начальная емкость составляет приблизительно 100 мАч г / м -1 , которая в конечном итоге увеличивается до ~ 185 мАч г / м -1 и ~ 155 мАч г / м -1 для C / 5 и C. / 2 соответственно.Примечательно, что CE остается близким к 100% в течение всего времени работы от батареи. Это указывает на то, что наблюдение связано с активацией поверхности электрода для обратимых электрохимических реакций. Можно видеть, что при обеих скоростях C сохранение разрядной емкости даже после 250 циклов работы составляет более 90%. Кроме того, по сравнению с результатами цикла полного цикла для контрольной ячейки на основе того же электролита (дополнительный рисунок 12b), ячейка, содержащая полимерное покрытие, показывает улучшение сохранения емкости.Мы выполнили анализ импеданса всего элемента для случая SPI при разных количествах циклов, как показано на дополнительном рис.13, где мы обнаружили, что при циклическом переключении батареи наблюдается значительное падение сопротивления из-за уравновешивания каналов переноса ионов через полимер. покрытие на аноде. Это поведение также совпадает с увеличением емкости при циклическом переключении батареи по тем же причинам.

Вдохновленные этими превосходными результатами для всех элементов, мы задались вопросом, может ли SPI также работать в качестве автономного твердотельного электролита для литий-металлических батарей при комнатной температуре.Мы сообщаем «полосковые измерения» симметричного литиевого элемента на дополнительном рис. 14, где SPI (ϕ = 20 и 40%) были зажаты между литиевыми металлами. Интересно отметить, что в твердотельном полимере (ϕ = 40%) можно наблюдать низкое сопротивление батареи и отсутствие постепенного роста перенапряжения или короткого замыкания в течение как минимум 2000 часов даже при работе при комнатной температуре. Однако в случае гелеобразного полимера (ϕ = 20%) батарея выходит из строя из-за мягкого короткого замыкания, о чем свидетельствует резкое колебание профиля напряжения.Для сравнения, работа с жидким электролитом приводит к короткому замыканию из-за внезапного падения напряжения. Очевидно, что при оптимальном содержании PEGDMA (ϕ = 40%) аккумулятор преодолевает проблемы твердотельных аккумуляторов без значительного ущерба для общей проводимости, достижимого в жидких электролитах. Более того, дополнительный рисунок 15 показывает, что даже без каких-либо специальных усилий по оптимизации состава SPI более толстая версия (~ 400 мкм) материала поддерживает стабильную циклическую работу полностью твердотельной батареи Li || NCM на основе 50 Анод из фольги из литиевой фольги 2 мАч / см 2 NCM, использованный в предыдущем исследовании (рис.4), в котором SPI используется в тандеме с жидким карбонатным электролитом. Ключевым открытием является то, что интеграция LiBOB в качестве солевой добавки на стадии сшивания дает по существу полностью простой эфирный полимерный электролит на основе PEG, который демонстрирует расширенную электрохимическую стабильность при потенциалах, превышающих типичные значения, когда простые полиэфиры обычно считаются склонными к окислению. деградация. Источник этой стабильности предположительно приписывается анионным кластерам, образованным LiBOB на границе электролит-катод, что, по-видимому, способствует десольватации ионов Li +, когда они внедряются в катод.Более подробное понимание этих свойств электролитов является предметом текущих исследований.

Новая технология расширяет возможности литий-металлических аккумуляторов следующего поколения

Нью-Йорк, Нью-Йорк — 4 ноября 2020 г. — Электромобили (электромобили) открывают большие перспективы для нашего энергоэффективного и устойчивого будущего, но среди их ограничений — отсутствие долгосрочной перспективы. Долговечный аккумулятор с высокой плотностью энергии, который снижает потребность в топливе в дальних поездках. То же самое верно и для домов во время отключений электроэнергии и сбоев в электросети — небольших эффективных батарей, способных обеспечить дом более чем на одну ночь без электричества, еще не существует.Литиевые батареи нового поколения, которые предлагают легкие, долговечные и недорогие аккумуляторы энергии, могут произвести революцию в отрасли, но возникло множество проблем, которые помешали успешной коммерциализации.

Основная проблема заключается в том, что, хотя перезаряжаемые литий-металлические аноды играют ключевую роль в том, насколько хорошо работает эта новая волна литиевых батарей, во время работы от батарей они очень чувствительны к росту дендритов, микроструктур, которые могут привести к опасному короткому замыканию, заеданию горит и даже взрывается.

Исследователи из Columbia Engineering сообщают сегодня, что они обнаружили, что добавки щелочных металлов, такие как ионы калия, могут предотвратить распространение микроструктуры лития во время использования батареи. Они использовали комбинацию микроскопии, ядерного магнитного резонанса (аналогично МРТ) и компьютерного моделирования, чтобы обнаружить, что добавление небольшого количества соли калия к обычному электролиту литиевой батареи дает уникальный химический состав на границе раздела литий / электролит. Исследование опубликовано в Интернете сегодня в журнале Cell Reports Physical Science (и в печатном издании от 18 ноября).

«В частности, мы обнаружили, что ионы калия смягчают образование нежелательных химических соединений, которые осаждаются на поверхности металлического лития, и предотвращают перенос ионов лития во время зарядки и разрядки аккумулятора, что в конечном итоге ограничивает рост микроструктуры», — говорит руководитель группы Лорен Марбелья, доцент. химического машиностроения.

Открытие ее команды о том, что добавки щелочных металлов подавляют рост непроводящих соединений на поверхности металлического лития, отличается от традиционных подходов к манипуляциям с электролитом, которые сосредоточены на нанесении проводящих полимеров на поверхность металла.Работа является одной из первых углубленных характеристик химии поверхности металлического лития с помощью ЯМР и демонстрирует возможности этого метода для разработки новых электролитов для металлического лития. Результаты Марбельи были дополнены расчетами теории функционала плотности (DFT), выполненными сотрудниками группы Viswanathan в области машиностроения в Университете Карнеги-Меллона.

«Коммерческие электролиты — это коктейль из тщательно отобранных молекул», — отмечает Марбелья.«Используя ЯМР и компьютерное моделирование, мы наконец можем понять, как эти уникальные составы электролитов улучшают характеристики литий-металлических батарей на молекулярном уровне. Это понимание в конечном итоге дает исследователям инструменты, необходимые для оптимизации конструкции электролита и создания стабильных литий-металлических батарей ».

Команда сейчас тестирует добавки щелочных металлов, которые останавливают образование вредных поверхностных слоев, в сочетании с более традиционными добавками, которые стимулируют рост проводящих слоев на металлическом литии.Они также активно используют ЯМР для прямого измерения скорости транспорта лития через этот слой.

###

Columbia Engineering
Columbia Engineering, расположенная в Нью-Йорке, является одной из лучших инженерных школ США и одной из старейших в стране. Школа, также известная как Школа инженерии и прикладных наук Фонда Фу, расширяет знания и продвигает технологии благодаря новаторским исследованиям, проводимым более чем 220 преподавателями, одновременно обучая студентов и аспирантов в среде сотрудничества, чтобы стать лидерами, получившими информацию от прочного фонда в инженерное дело.Преподаватели школы находятся в центре междисциплинарных исследований Университета, внося свой вклад в Институт науки о данных, Институт Земли, Институт психического поведения Цукермана, Инициативу точной медицины и Инициативу Columbia Nano. Руководствуясь своим стратегическим видением «Колумбийская инженерия для человечества», Школа стремится воплощать идеи в инновации, которые способствуют развитию устойчивого, здорового, безопасного, взаимосвязанного и творческого человечества.

.

You May Also Like

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *