Słupczyński Krzysztof
Zakład Chemii Fizycznej i Radiochemii
Pracownia Elektrochemicznych Źródeł Energii
Badania elektrolitów siarczkowych do zastosowania w nowych akumulatorach litowych w fazie stałej
Krzysztof Słupczyński
Promotor: dr inż. Dominika A. Buchberger
Ogniwa litowo-jonowe, ze względu na jedną z najwyższych gęstości energii spośród dostępnych elektrochemicznych źródeł, zdominowały rynek urządzeń mobilnych oraz samochodów elektrycznych. Krytycznym elementem w powszechnie stosowanych bateriach Li-ion jest łatwopalny ciekły elektrolit na bazie organicznych rozpuszczalników. Atrakcyjną alternatywą dla standardowo używanego elektrolitu mogą okazać się stałe elektrolity nieorganiczne [1]. Celem pracy było zbadanie jednej z najbardziej obiecujących grup związków do zastosowania w ogniwach litowych. Do badań wybrano elektrolit na bazie siarczków ze względu na wysokie przewodnictwo jonowe (osiągające nawet 10-3 S cm-1) oraz dobrą odkształcalność. Praca zakładała syntezę elektrolitu stałego Li3PS4 (LPS) z fazy mokrej będącej alternatywą do kosztownej i długiej reakcji z fazy stałej w młynie kulowym z następnym długotrwałym wygrzewaniem w atmosferze ochronnej. Następnie przeprowadzono modyfikację wyjściowego związku LPS przez dalszą reakcję z Li2S i LiCl w bezwodnym etanolu. Ostatecznie otrzymano związek Li6PS5Cl (LPSC) w formie stałego białego proszku [2-4]. Związek charakteryzuje się bardzo dobrym przewodnictwem jonowym rzędu 10-3 S cm-1 w temperaturze pokojowej. W dalszej części prowadzono badania wpływu wysokości temperatury wygrzewania poreakcyjnego LPSC na jego przewodnictwo jonowe oraz badano zmianę przewodnictwa jonowego wraz ze zmianą energii aktywacji w funkcji temperatury. Ostatnim elementem było złożenie w pełni półprzewodnikowego ogniwa oraz w wersji z kroplą elektrolitu ciekłego. Na koniec omówiono rezultaty prac, napotkane problemy oraz potencjalne kierunki dalszych badań.
Literatura:
[1] Feng Zheng, Masashi Kotobuki, Shufeng Songa, Man On Lai, Li Lu; Review on solid electrolytes for all-solid-state lithium-ion batteries; Journal of Power Sources 389 (2018) 198–213.
[2] William Arnold, Dominika A. Buchberger , Yang Li, Mahendra Sunkara , Thad Druffel , Hui Wang; Halide doping effect on solvent-synthesized lithium argyrodites Li6PS5X (X¼ Cl, Br, I) superionic conductors; Journal of Power Sources 464 (2020) 228158.
[3] Hui Wang, Zachary D. Hood, Younan Xia and Chengdu Liang; Fabrication of ultrathin solid electrolyte membranes of β-Li3PS4 nanoflakes by evaporationinduced self-assembly for all-solid-state batteries; Journal of Materials Chemistry A 15/05/2016.
[4] K. Nie i in., „Interfaces Between Cathode and Electrolyte in Solid State Lithium Batteries: Challenges and Perspectives”, Front. Chem., t. 6, 2018, doi: 10.3389/fchem.2018.00616.
[5] B. Vikram Babu i in., „Structural and electrical properties of Li4Ti5O12 anode material for lithium-ion batteries”, Results in Physics, t. 9, s. 284–289, cze. 2018, doi: 10.1016/j.rinp.2018.02.050.