Novel supramolecular polymers for advanced applications in lithium metal batteries
Veiligere en beter presterende lithium-metaalbatterijen
De snel toenemende vraag naar elektrische voertuigen en grootschalige energieopslag heeft geleid tot grote belangstelling voor lithium-metaalbatterijen (LMB’s) vanwege hun extreem hoge theoretische energiedichtheid. De praktische toepassing van LMB’s wordt echter beperkt door instabiele lithium-metaalinterfaces, dendrietvorming en ernstige polysulfide-shuttling bij lithium-zwavelbatterijen. In dit proefschrift onderzoekt Yongsheng Zhang supramoleculaire polymeren als een veelzijdig materiaalplatform om deze uitdagingen aan te pakken binnen verschillende componenten van LMB’s.
Door gebruik te maken van diverse supramoleculaire interacties heeft Zhang meerdere polymeersystemen rationeel ontworpen en toegepast als vaste elektrolyten, beschermlagen voor lithium-metaalanodes en separator-modificatiematerialen. Hij beschrijft thioureagebaseerde poly(ether-thiourea) vaste elektrolyten met hoge thermische en elektrochemische stabiliteit, instelbare mechanische eigenschappen en verbeterde ionische geleidbaarheid dankzij thiourea-anioninteracties die lithiumzoutdissociatie bevorderen. Verder past hij hetzelfde polymeer toe als adaptieve beschermlaag voor lithium-metaalanodes, waarbij het visco-elastische en ionregulerende gedrag dendrietgroei effectief onderdrukt en de interfaciale stabiliteit en cyclische prestaties verbetert.
Ook introduceert Zhang een duale engineeringsstrategie die inductieve fluorering combineert met metaal-organische raamwerk-vullers, wat resulteert in een samengestelde elektrolyt met hoge ionische geleidbaarheid, een verhoogd Li⁺-transfertal en langdurige cyclische stabiliteit. Tot slot presenteert hij een separator-modificatie op basis van complexe coacervaat-kernmicellen die polysulfide-shuttling effectief onderdrukt en uitstekende langetermijnstabiliteit in lithium-zwavelbatterijen mogelijk maakt.
Samen toont dit werk aan dat supramoleculaire polymeerengineering een krachtige strategie is voor veiligere en beter presterende lithium-metaalbatterijen.
Yongsheng Zhang voerde zijn onderzoek uit bij het Zernike Institute for Advanced Materials, met financiering van het Chinese Scholarship Council.