基于介观尺度的PFSA-Li膜中锂离子扩散行为研究

发布时间：2020-12-15 05:47

　　从介观角度研究了锂离子在有机电解液锂空气电池隔膜中的传质特性。采用耗散粒子动力学DPD模拟方法,使用分子模拟软件Materials Studio构建了全氟磺酸锂（PFSA-Li）离子交换膜、有机溶剂乙二醇二甲醚（DME）与六氟磷酸锂（LiPF6）的粗粒化模型。分析了PFSA-Li膜中锂离子通道的三维拓扑结构,研究了温度、有机液体含量和锂盐浓度对PFSA-Li膜中锂离子扩散行为的影响。当PFSA-Li膜内有机液体含量达到一定程度时,离子团簇相互连接,最终形成贯穿膜的连续海绵状通道;升高温度、增加有机液体含量有利于锂离子在PFSA-Li膜中的扩散;当锂盐浓度为1mol/L时,锂离子扩散效果最佳。研究成果为有机电解液锂空气电池性能的提升提供了重要依据。 

【文章来源】：化工新型材料. 2020年10期 北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

PFSA-Li粗粒化结构

图2为驰豫过程中的温度和能量随时间的变化曲线。由图可见，驰豫过程开始时，温度和能量急剧下降，经过一段时间后，温度在设定值上下浮动，能量逐渐减小且最终趋于稳定状态，说明此时系统整体处于平衡状态。只有当系统整体处于平衡状态时，才可以对数据进行采集。2.3 扩散系数计算

图3为PFSA-Li膜中锂离子通道的三维拓扑结构示意图，其中黑色部分为通道的外表面，灰色部分为通道的内表面。当PFSA-Li膜内不包含有机液体时（λ=0），磺酸基团均匀的分布在碳氟主链区域中。当λ较低时，有机液体与磺酸基团在PFSA-Li膜中会形成相互隔离的离子团簇，镶嵌在碳氟主链之中。随着膜中有机液体含量的增加，相邻的离子团簇便会相互连通，最终形成贯穿膜的连续海绵状通道。锂离子便会通过海绵状通道籍由离子团簇在膜中进行传递，通道越大，锂离子的扩散速率越快。图4为温度为298K，有机液体含量λ=9，锂盐浓度1mol/L时，锂离子在PFSA-Li聚合物电解质膜中的径向分布函数曲线图。从图中可以看出，径向分布函数在0.74nm处达到最高峰，最终趋于1，说明磺酸基周围配位的锂离子大部分分布在距磺酸基0.74nm处，即在该范围内，易聚集在一起形成团簇。

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
[1]锂离子电池用聚合物电解质应用基础研究[D]. 王占良.天津大学 2003

硕士论文
[1]导锂聚合物电解质膜的制备及应用[D]. 麻微.上海交通大学 2012



本文编号：2917761