Electrolito polimérico sólido compuesto con amplia ventana electroquímica y resistencia mecánica mejorada y su aplicación en baterías de iones de litio

Jing-yu Bao ,  

Cai-mei Yu ,  

Xue Gong ,  

Hong-xu Liu ,  

Shi-jie Ren ,  

摘要

Los electrolitos poliméricos sólidos basados en polietileno oxido (PEO) tienen una seguridad superior en comparación con los electrolitos líquidos, convirtiéndose en un foco de investigación actual. Sin embargo, su baja conductividad iónica y resistencia mecánica insuficiente limitan seriamente la aplicación práctica de estos materiales. Para superar este cuello de botella tecnológico, este estudio empleó la técnica de electrohilado para fabricar con éxito un nuevo electrolito sólido basado en PEO que contiene una red de fibras compuestas tridimensional. La introducción de nanopartículas modificadas con polímero de hiper-reticulación construyó eficazmente una estructura esquelética estable y de alta resistencia mecánica, proporcionando canales continuos y eficientes para el transporte de iones de litio. Los resultados experimentales mostraron que el electrolito compuesto PVDF-PEO-SiO2@HCPs-10% exhibe un rendimiento integral sobresaliente: con una amplia ventana electroquímica de 5.5 V (frente a Li/Li⁺); una alta conductividad iónica de 1.41×10-4 S·cm-1 a 40 ℃; y una resistencia mecánica mejorada de hasta 4.01 MPa. Además, la batería LiFePO4//Li basada en este electrolito también mostró un excelente rendimiento electroquímico: la batería LiFePO4/PPH-10%/Li mantuvo una alta capacidad específica de 147.5 mAh·g-1 bajo condiciones de carga y descarga de alta tasa a 2 C, con una destacada estabilidad cíclica. Este trabajo destaca la eficacia de los electrolitos de fibra reforzados con nanopartículas de hiper-reticulación para resolver problemas a largo plazo en sistemas basados en PEO. Su estrategia de diseño abre un nuevo camino para desarrollar la próxima generación de electrolitos sólidos con mayor seguridad, mejor conductividad iónica y rendimiento mecánico reforzado.

关键词

polímero hiper-reticulado; electrohilado; red de fibra; electrolito polimérico sólido; batería de iones de litio

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