بررسی عملکرد نانوسیم‌ها در هدایت یونی الکترولیت‌های پلیمری حالت جامد برای باتری‌های یون لیتیوم
الموضوعات :
1 - گروه مهندسي مواد
الکلمات المفتاحية: نانوسیم, هدایت یونی, الکترولیت‌های پلیمری حالت جامد, باتری‌های یون-لیتیوم,
ملخص المقالة :
نانوسیم‌ها (Nanowires) یا نانوساختارهای تک بعدی به دلیل ویژگی‌های گوناگون، چون پایداری حرارتی بالا، استحکام مکانیکی مناسب وخصوصیات الکترونیکی، مغناطیسی و نوری، بسیار موردتوجه قرارگرفته‌اند. خواص نانوسیم‌ها، کاربردهای فوق العاده زیادی در تمامی صنایع به ویژه به عنوان افزودنی برای بهبود هدایت یونی الکترولیت پلیمری در باتری یون-لیتیوم ایجاد کرده است. نانوسیم‌ها درالکترولیت‌های پلیمری می‌بایست، ثابت دی الکتریک و چگالی بالا داشته و همچنین سبب بهبود عدد انتقال یون، خواص مکانیکی، خواص حرارتی، شیمیایی، الکتروشیمیایی و هدایت یو نی شده که برای کاربرد در غشاها بسیارمهم است. نانوسیم‌های اکسیدی به واسطه ویژگی های مطلوب مانند بهبود هدایت یونی، افزایش عدد انتقال لیتیوم، بهبود خواص مکانیکی، پایداری حرارتی بالا و پنجره پتانسیل الکتروشیمیایی وسیع، به طور گسترده در الکترولیت‌های باتری استفاده می شوند. در این مقاله، نانوسیم‌های مورد استفاده در الکترولیت‌های پایه پلیمری و الزامات عملکردی، بررسی شده است. همچنین، روش‌های ساخت نانوسیم‌ها، الکترولیت‌های پلیمری و راهکارهای شناخته شده برای بهبود ویژگی‌های هدایت یونی، مکانیکی و الکتروشیمیایی شرح داده شده و اثرنانوسیم‌ها بر هدایت یونی و عملکرد الکتروشیمیایی باتری یون-لیتیوم نیز مطرح می‌شود.
[1] Wan Z., et al., "Low Resistance–integrated all‐solid‐state Battery Achieved by Li7La3Zr2O12 Nanowire Upgrading Polyethylene Oxide (PEO) Composite Electrolyte and PEO Cathode Binder," Advanced Functional Materials., 29, 1805301, 2019.
[2] Yang M., and Hou J., "Membranes in Lithium ion Batteries," Membranes, 2, 367-383, 2012.
[3] Liu W., et al., "Enhancing Ionic Conductivity in Composite Polymer Electrolytes with Well-aligned Ceramic Nanowires," Nature energy, 2, 1-7, 2017.
[4] Zhu L., Zhu P., Yao S., Shen X., and Tu F., "High‐performance Solid PEO/PPC/LLTO‐nanowires Polymer Composite Electrolyte for Solid‐state Lithium Battery," International Journal of Energy Research, 43, 4854-4866, 2019.
[5] Liu J., Wu X., He J., Li J., and Lai Y., ’’Preparation and Performance of a Novel Gel Polymer Electrolyte Based on Poly (Vinylidene Fluoride)/Graphene Separator for Lithium ion Battery," Electrochimica Acta, 235, 500-507, 2017.
[6] Long L., Wang S., Xiao M., and Meng Y., "Polymer Electrolytes for Lithium Polymer Batteries," Journal of Materials Chemistry A, 4, 10038-10069, 2016.
[7] Kammoun M., Berg S., and Ardebili H., "Flexible Thin-film Battery Based on Graphene-oxide Embedded in Solid Polymer Electrolyte," Nanoscale, 7, 41, 17516-17522, 2015.
[8] Zhang S.S., "A Review on the Separators of Liquid Electrolyte Li-ion Batteries," Journal of power sources, 164, pp. 351-364, 2007.
[9] Kang G.d., and Cao Y.m., "Application and Modification of Poly (Vinylidene Fluoride)(PVDF) Membranes–a Review," Journal of Membrane Science, 463, 145-165, 2014.
[10] Raghavan P., et al., "Electrochemical Performance of Electrospun Poly (Vinylidene Fluoride-co-Hexafluoropropylene)-based Nanocomposite Polymer Electrolytes Incorporating Ceramic Fillers and Room Temperature Ionic Liquid," Electrochimica Acta, 55, 1347-1354, 2010.
[11] Zhu Y., et al., "Modification and Characterization of Electrospun Poly (Vinylidene Fluoride)/Poly (Acrylonitrile) Blend Separator Membranes," Composites Part B: Engineering, 112, 31-37, 2017.
[12] Iijima T., Toyoguchi Y., and Eda N., "Quasi-solid Organic Electrolytes Gelatinized with Polymethyl-methacrylate and their Applications for Lithium Batteries," Denki Kagaku, 53, 8, 619-623, 1985.
[13] Elashmawi I., Alatawi N. S., and Elsayed N. H., "Preparation and Characterization of Polymer Nanocomposites Based on PVDF/PVC Doped with Graphene Nanoparticles," Results in physics, 7, 636-640, 2017.
[14] Abasipour M., Khajavi R., Yousefi A.A., M. Yazdanshenas I., and Razaghian F., "Different Methods of Changing Piezoelectric Properties in Poly (Vinylidene Fluoride): A Review," 2019.
[15] Jin C., et al., "Metal Oxide Nanoparticles Induced Step-edge Nucleation of Stable Li Metal Anode Working Under an Ultrahigh Current Density of 15 mA cm− 2," Nano Energy, 45, 203-209, 2018.
[16] Zhu Y., Wang F., Liu L., Xiao S., Chang Z., and Wu Y., "Composite of a Nonwoven Fabric with Poly (Vinylidene Fluoride) as a Gel Membrane of high Safety for Lithium ion Battery," Energy & Environmental Science, 6, 2, 618-624, 2013.
[17] ناجی، فولادوند، مارال، جوانبخت، مهران، "بررسی عملکرد الکترولیت‌های پلیمری بر پایه پلی‌وینیلیدن فلوئورید (PVDF) در باتری‌هاییون لیتیم," فصلنامه علمی بسپارش، 2، 26-15، 1398.
[18] Zhang P., Yang L., Li L., M. Ding., Wu Y., and Holze R., "Enhanced Electrochemical and Mechanical Properties of P (VDF-HFP)-based Composite Polymer Electrolytes with SiO2 Nanowires," Journal of Membrane Science, 379, 80-85, 2011.
[19] Liu W., et al., "Ionic Conductivity Enhancement of Polymer Electrolytes with Ceramic Nanowire Fillers," Nano letters, 15, 2740-2745, 2015.
[20] Lupu N., Nanowires: Science and Technology. BoD–Books on Demand, 2010.
[21] Cao G., Nanostructures & Nanomaterials:Synthesis, Properties & Applications. Imperial College Press, 2004.
[22] Liu Y., et al., "Metal or Metal-Containing Nanoparticle@ MOF Nanocomposites as a Promising Type of Photocatalyst," Coordination Chemistry Reviews, 388, 63-78, 2019.
[23] Kwon S.J., et al., "Influence of Al2O3 Nanowires on ion Transport in Nanocomposite Solid Polymer Electrolytes," Macromolecules, 51, pp. 10194-10201, 2018.
[24] Yoo H., et al., "Si Nanocrystal-Embedded SiO x Nanofoils: Two-Dimensional Nanotechnology-Enabled High Performance Li Storage Materials," Scientific Reports, 8, 1-9, 2018.
[25] Sun Y., Guan P., Liu Y., Xu H., Li S., and Chu D., "Recent Progress in Lithium Lanthanum Titanate Electrolyte towards All Solid-State Lithium Ion Secondary Battery," Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 44, 265-282, 2019.
[26] Yang T., Li Y., and Chan C.K., "Enhanced Lithium ion Conductivity in Lithium Lanthanum Titanate Solid Electrolyte Nanowires Prepared by Electrospinning," Journal of Power Sources, 287, 164-169, 2015.
[27] Yang H., et al., "Chemical Interaction and Enhanced Interfacial ion Transport in a Ceramic Nanofiber–Polymer Composite Electrolyte for all-solid-state Lithium Metal Batteries," Journal of Materials Chemistry A, 8, 7261-7272, 2020.
