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改善锂离子电池用离子扩散系数杂化纳米结构硒化锡/ PEDOT: PSS电极

*通信:

Yongjie胡机械和航空航天工程部门,加州大学洛杉矶分校,90095年,美国、电子邮件:yhu@seas.ucla.edu

文摘

我们研究了聚(3 4-ethylene dioxythiophene):聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT: PSS)在锂离子扩散系数在硒化锡(SnSe)纳米电极。表征SnSe / PEDOT: PSS电极是用恒电流intermitten滴定技术和电化学阻抗谱。我们的结果表明,杂交使用PEDOT: PSS、离子扩散系数可以显著增强电极的电池阻抗时保留。

关键字

锂离子电池;硒化锡电极

介绍

最近,有密集的研究使用纳米电极提高电池和超级电容器的性能高能源和功率密度,充电率(1- - - - - -6]。纳米结构的合理设计可以提供灵活的控制和新的电化学功能超出了散装形式(7]。然而,一个常见的问题在纳米电极降解离子扩散系数和界面散射时过度传统粘结剂的添加量。一些研究成果已经探索了专注于纳米结构之间的界面离子和电荷传输和粘结剂的添加。具体来说,聚(3,4-ethylene dioxythiophene):聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT: PSS)原型导电聚合物,最近研究作为功能性粘合剂和电气进行添加剂在电池电极7- - - - - -12];然而,PEDOT的影响:PSS的锂离子扩散系数尚未探索。在这个报告中,我们报告第一个调查的影响PEDOT: PSS锂离子扩散系数在纳米硒化锡nanoflower (SnSe NF)电极。恒电流intermitten滴定技术(GITT) [13)是用来确定PEDOT的影响:PSS SnSe电极的锂离子的扩散系数。我们的结果显示显著改善离子扩散系数由多个订单,并代表第一步探讨界面离子和电荷之间的杂化有机-无机界面。

实验

SnSe NFs通过溶液化学反应合成。首先,SnCl₄•5 h₂更易与O(0.1, 140毫克),搜索引擎优化₂(0.1更易,44个毫克),油胺(~ 30更易,20毫升)在室温下被添加到three-neck烧瓶。瓶是密封和混合搅拌连续5分钟。后来,混合物在室温下用了30分钟。与纯N混合是脱气₂在150°C,然后在10分钟时不断搅拌下N₂的气氛。随后,混合物慢慢加热到350°C在速度~ 10°C /分钟和年龄在15到20分钟的350°C。这个过程后,SnSe NF提取离心,然后清洗与过量的乙醇。SnSe NF然后干和存储。

PEDOT: PSS是由过滤PEDOT-PSS (Clevios^TMPH1000,贺利氏)通过一个0.45μm过滤器,然后混合解决方案为5%体积二甲亚砜(DMSO) [14]。SnSe / PEDOT: PSS电极由混合SnSe NF和PEDOT: PSS(固体PEDOT: PSS ~ 8.5 wt %)和异丙醇drop-casted到不锈钢磁盘和风干~ 30分钟。之后,电极在80°C退火30分钟。纯SnSe电极准备使用相同的程序,但没有PEDOT: PSS。

电池的使用准备SnSe / PEDOT: PSS电极作为阳极,李金属作为阴极,Celgard LiPF分离器和1米₆EC / 12月(1:1)卷作为电解质。层组装成硬币类型LIR2032电池和用环氧树脂密封的密封。SnSe电极内部的离子扩散系数是由恒电流intermitten滴定技术与垂直地震剖面(GITT) - 300(生物)。我们还进行了电化学阻抗光谱学确定的影响PEDOT: PSS电池阻抗。

讨论

的结构是准备SnSe被扫描电镜检查。图。1,显示了SnSe NF的扫描电镜图像。SEM表明SnSe NF的结构是一个装配SnSe nanoplates如花似玉结构中的每个nanoplate担任“花瓣”花结构。每个结构的长度大约是1μm ~ 2μm;然而,球形的结构并不像在以前的水热合成15]。我们相信不同的是由于SnSe NF的合成发生在更高的温度比报道的温度。图1 b。和1 c显示,电极与纯SnSe NF SnSe NF混合PEDOT: PSS。

我们使用GITT估计电极的锂离子扩散系数。我们应用恒流(1μA)对5 s观察电极的电压响应,商议我们的结果图。2和2摄氏度纯SnSe和SnSe / PEDOT: PSS电极分别。从我们的数据,我们估计,离子扩散系数是2.9×10^-14年米²/秒和3.7×10^-13年纯SnSe和SnSe / PEDOT: PSS电极分别。数据显示,PEDOT: PSS增加一个数量级的离子扩散系数。我们把这种现象归因于聚(苯乙烯磺酸盐)(PSS)绑定到锂离子形成聚(锂4-styrene磺酸盐)(嘴唇)16),从而促进锂离子在电极更容易扩散。

我们测量了电极的阻抗扫描当前从1 MHz到1赫兹的频率固定振幅(1μA) (图2 b。和二维)。无显著变化阻抗被观察到,这意味着内部的离子电导率电极不受添加PEDOT: PSS。这个结果表明,与传统的电池接口绑定PVDF等有害的绝缘效果在很大程度上发表在文献[17,PEDOT: PSS维护良好的界面传输。这也解释了为什么的高容量电池仍然没有明显的退化甚至在充电和放电率高。我们的结果表明,PEDOT: PSS没有接口绝缘效果,相反,它增强了离子扩散系数。这表明,PEDOT: PSS提供比传统的粘结剂更好的电荷转移。

结论

在本文中,我们研究了PEDOT的影响:PSS在锂离子扩散系数。GITT数据表明,PEDOT: PSS增加订单的离子扩散系数大小。我们推测离子扩散率的增加是由于锂离子和PSS反应形成的嘴唇,使锂离子在电极扩散更容易被从一个结合位点的PSS跳跃到另一个地方。基于阻抗光谱学测量、质量之间的界面传输SnSe / PEDDOT: PSS和SnSe电极。我们的研究表明杂化电池电极PEDOT: PSS能促进更快的电荷转移在锂离子电池和传统电池绑定提供一个更好的选择。

确认

Y.H.承认年轻调查员奖的支持通过美国空军科学研究办公室和可持续的洛杉矶大挑战和安东尼和珍妮普利兹克家庭的基础。

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