Nonvolatile Gel Electrolytes for Safer Lithium Ion Batteries
用于更安全锂离子电池的非挥发性凝胶电解质
基本信息
- 批准号:1802729
- 负责人:
- 金额:$ 31.89万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2018
- 资助国家:美国
- 起止时间:2018-08-01 至 2022-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
In order to realize safer batteries for hybrid/electric vehicles and also for future portable or wearable electronic devices, the development of stable, nonflammable, and efficient lithium ion-electrolytes for high energy density lithium-ion batteries is a high research priority. This project will examine the suitability of a new class of gel electrolyte materials that are composed of molten salts (ionic liquids), lithium ions, and zwitterionic polymers. Expected advantages of these materials include: ultralow volatility, a leak-proof design, and good selectivity for lithium ion transport at room temperature. The outcomes of this work will make an immediate impact in the field of energy storage research and are expected to facilitate the development of safe and effective, nonflammable gel electrolyte-containing lithium ion batteries with high energy densities for real-world applications in the near future. Fundamental knowledge on lithium ion transport in these gel systems will result from this project. In addition, this project will provide support for underrepresented minority students in STEM both at the undergraduate and high school levels to participate in a research experience related to energy storage themes. Broader impact and outreach activities will include providing an annual summer research position in the PI's laboratory and hosting a local high school chemistry class visit and electrolyte activity day. This project is also funded by the CBET Molecular Separations Program, NSF 18-1417.This project seeks to develop fundamental understanding and create a coherent framework to describe the factors that determine the varying physical and electrochemical characteristics of a novel class of safer electrolytes for future lithium ion batteries: zwitterionic (co)polymer-supported, nonvolatile lithium cation-conducting ionic liquid gel electrolytes. These objectives will be achieved through a comprehensive spectroscopic investigation of various zwitterion-electrolyte ion intermolecular interactions. Gel electrolytes created via in situ free radical polymerization using two promising classes of nonvolatile electrolytes will be examined: lithium-based solvate ionic liquids, as well as conventional lithium salt/ionic liquid solutions. Zwitterion-ion interactions will be probed using NMR, FTIR, and Raman spectroscopies, while ionic conductivity and lithium ion transference number values will be experimentally determined for all gel electrolytes using AC impedance spectroscopy and DC polarization measurements, respectively. Compressive stress-strain testing will be used to determine elastic modulus values of these gel electrolytes. Linear sweep voltammetry, cyclic voltammetry, and galvanostatic charge/discharge cycling will be conducted in order to interrogate gel electrochemical stability and lithium ion battery cell feasibility and performance. One important outcome of this project is linking knowledge of the liquid solution electrochemical properties to the gel version for use as an electrolyte material.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
为了实现混合动力/电动汽车以及未来便携式或可穿戴电子设备的更安全的电池,开发稳定、不可燃、高效的高能量密度锂离子电池用锂离子电解液是一个重要的研究方向。该项目将检验由熔盐(离子液体)、锂离子和两性离子聚合物组成的新型凝胶电解质材料的适用性。这些材料的预期优势包括:超低挥发性、防泄漏设计以及在室温下对锂离子传输具有良好的选择性。这项工作的成果将对储能研究领域产生立竿见影的影响,并有望在不久的将来促进安全有效、含高能量密度的胶体电解液的锂离子电池的开发。这个项目将产生关于锂离子在这些凝胶体系中传输的基础知识。此外,该项目将为STEM中人数不足的本科生和高中生提供支持,让他们参加与能源储存主题有关的研究体验。更广泛的影响和外联活动将包括在PI的实验室提供一年一度的暑期研究职位,并主办当地高中化学课堂访问和电解液活动日。该项目还得到了CBET分子分离计划NSF 18-1417的资助。该项目旨在加深对基础知识的理解,并创建一个连贯的框架来描述决定未来锂离子电池用新型更安全电解液的不同物理和电化学特性的因素:两性离子(Co)聚合物支撑的非挥发性锂离子导电离子液体凝胶电解液。这些目标将通过对各种两性离子-电解质离子分子间相互作用的全面光谱研究来实现。通过原位自由基聚合产生的凝胶电解质使用两类有前景的非挥发性电解质:锂基溶剂型离子液体和传统的锂盐/离子液体溶液。两性离子-离子相互作用将使用核磁共振、傅里叶变换红外光谱和拉曼光谱进行研究,而所有凝胶电解质的离子电导率和锂离子迁移数值将分别使用交流阻抗谱和直流极化测量进行实验测定。将使用压缩应力-应变测试来确定这些凝胶电解质的弹性模量值。将进行线性扫描伏安法、循环伏安法和恒流充放电循环,以询问凝胶的电化学稳定性和锂离子电池单元的可行性和性能。该项目的一个重要成果是将液体溶液电化学性质的知识与用作电解液材料的凝胶版本联系起来。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
项目成果
期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Zwitterionic Copolymer-Supported Ionogel Electrolytes Featuring a Sodium Salt/Ionic Liquid Solution
- DOI:10.1021/acs.chemmater.0c02820
- 发表时间:2020-08
- 期刊:
- 影响因子:8.6
- 作者:Huang Qin;M. Panzer
- 通讯作者:Huang Qin;M. Panzer
Design of Stretchable and Self-Healing Gel Electrolytes via Fully Zwitterionic Polymer Networks in Solvate Ionic Liquids for Li-Based Batteries
- DOI:10.1021/acs.chemmater.9b00172
- 发表时间:2019-04-23
- 期刊:
- 影响因子:8.6
- 作者:D'Angelo, Anthony J.;Panzer, Matthew J.
- 通讯作者:Panzer, Matthew J.
Examining the Impact of Polyzwitterion Chemistry on Lithium Ion Transport in Ionogel Electrolytes
- DOI:10.1021/acsapm.1c00229
- 发表时间:2021-04
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Morgan E. Taylor;D. Clarkson;S. Greenbaum;M. Panzer
- 通讯作者:Morgan E. Taylor;D. Clarkson;S. Greenbaum;M. Panzer
Zwitterionic Copolymer‐Supported Ionogel Electrolytes: Impacts of Varying the Zwitterionic Group and Ionic Liquid Identities
- DOI:10.1002/celc.201900378
- 发表时间:2019-05
- 期刊:
- 影响因子:4
- 作者:Luis Rebollar;M. Panzer
- 通讯作者:Luis Rebollar;M. Panzer
Holding it together: noncovalent cross-linking strategies for ionogels and eutectogels
将其结合在一起:离子凝胶和共构凝胶的非共价交联策略
- DOI:10.1039/d2ma00539e
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:5
- 作者:Panzer, Matthew J.
- 通讯作者:Panzer, Matthew J.
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