Mejora del rendimiento de transporte iónico de electrolitos sólidos compuestos poliméricos mediante nanofibras orientadas ricas en vacantes de oxígeno

Ke-ding Chen ,  

Fei Wang ,  

Yue-e Miao ,  

Tian-xi Liu ,  

摘要

Los electrolitos sólidos compuestos basados en polietilenglicol (PEO) se han convertido en un enfoque de investigación destacado en el campo de los electrolitos sólidos debido a su buena flexibilidad y compatibilidad con la interfaz del electrodo. Sin embargo, problemas clave como la mala dispersión de los rellenos inorgánicos y la débil interacción en la interfaz orgánico-inorgánica dificultan el transporte iónico y agravan la polarización en la interfaz durante ciclos prolongados. Para abordar estos problemas, este estudio propone una estrategia de control sinérgico que utiliza fibras nanométricas orientadas con vacantes ricas en oxígeno para construir rutas continuas y direccionadas de transporte iónico y optimizar la interacción en la interfaz orgánico-inorgánica, con el fin de preparar electrolitos sólidos compuestos de alto rendimiento basados en PEO. Específicamente, se usaron fibras nanométricas de poliacrilonitrilo orientadas horizontalmente (APAN) como sustrato, sobre las cuales se cultivó in situ hidróxido doble metálico (MoNiCo-LDH) rico en vacantes de oxígeno, formando una red estructurada y orientada de nanofibras compuestas APAN/LDH; sobre esta base se impregnó PEO para obtener el electrolito sólido compuesto orgánico-inorgánico (MoNiCo-LDH@APAN-PEO). Gracias a este diseño estructural: por un lado, las vacantes de oxígeno pueden mejorar la interacción entre LDH y PEO, reduciendo la cristalinidad del PEO y promoviendo la disociación de la sal de litio a través de la interacción electrostática con TFSI⁻; por otro lado, la estructura ordenada de las fibras nanométricas orientadas proporciona una ruta continua y direccionada para el transporte de iones de litio, suprimiendo eficazmente el crecimiento de dendritas de litio. Por lo tanto, el electrolito sólido compuesto presenta una conductividad iónica de 0.79 mS·cm⁻¹ a 60 ℃, un número de transporte de iones de litio de 0.73 y una ventana electroquímica de hasta 5.2 V; la celda simétrica puede ciclar de manera estable durante 1500 h y la capacidad residual después de 200 ciclos completos es del 89%. La estrategia sinérgica de regulación de vacantes de oxígeno en la interfaz y rutas de transporte iónico orientadas propuesta en este estudio ofrece nuevas ideas para el diseño y preparación de electrolitos compuestos poliméricos de alto rendimiento para baterías sólidas de litio metálico.

关键词

electrolitos sólidos compuestos poliméricos; nanofibras orientadas; vacantes de oxígeno; regulación de interfaz; transporte de iones de litio

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