高エネルギー密度リチウム硫黄電池のためのデュアル機能非対称PDOLベースゲルポリマー電解質

科学分野:

• 材料科学
• 電気化学
• エネルギー貯蔵

背景:

• 高エネルギー密度を提供するリチウム硫黄（Li-S）電池ですが、リチウムポリサルファイド（LiPSs）のシャトル現象とリチウムデンドライトの成長に悩まされています。
• これらの問題は、サイクル寿命の低下と安全性の懸念につながり、実用化を妨げています。

研究 の 目的:

• Li-S電池におけるLiPSsのシャトル現象とリチウムデンドライト形成に対処するために、in situで形成される非対称ゲルポリマー電解質（GPE）を開発すること。
• 電解質工学を通じてLi-S電池の安定性、サイクル寿命、安全性を向上させること。

主な方法:

• PDOL-PSNカソード層とPDOL-LLZOアノード層を備えた非対称GPEの作製。
• LiPSsの固定化と均一なLi+輸送および析出の促進のために、ルイス酸塩基相互作用を利用。
• 抑制メカニズムを調査するために、分子動力学および密度汎関数理論シミュレーションを採用。

主要な成果:

• 非対称GPEは、Li//Li対称セルで2200時間以上の安定したサイクルを示しました。
• Li-Sフルセルは、100サイクル後に87.9%の容量維持率で1062.1 mAh g-1の高い初期放電容量を達成しました。
• 副反応の効果的な抑制を示す、クーロン効率は96.6%以上に維持されました。

結論:

• 開発された非対称GPEは、LiPSsのシャトル現象を効果的に軽減し、均一なLi+挙動を促進します。
• この戦略は、高性能で耐久性のあるLi-S電池のための高度な電解質の設計に実行可能な経路を提供します。