Research on water-soluble polymer binder for spinel cathodes

W ramach pracy badawczej dokonano próby syntezy ekologicznego lepiszcza do katod spinelowych. Zsyntetyzowane roztwory (EB) powstały poprzez hydrolizę zasadową PNVF’u w stosunku 1M, 2M, 3M, 4M, 5M oraz 6M. Do stworzenia gęstw wykorzystano materiał aktywny (LMOS), jako lepiszcze posłużyły poszczególne stężenia roztworów EB oraz związek poprawiający przewodnictwo Carbon Black Super P. Powstałe gęstwy nałożono na uprzednio wygładzoną i poddaną reakcją wżerowym (za pomocą KOH) folię aluminiową, którą wraz z naniesionym materiałem suszono w suszarce próżniowej. Z wysuszonej folii wraz z gęstwą wycięto krążki o średnicy 12mm, które posłużyły jako materiał elektrodowy wykorzystany do złożenia półogniw katodowych. Wykonane półogniwa poddano badaniom. Dzięki przeprowadzonym testom ładowania i rozładowania mieliśmy możliwość uzyskania informacji na temat pojemności właściwych danego ogniwa oraz jego wydajności kulombowskiej przy poszczególnych prądach. Testy długoterminowe obrazowały, jak zachowuje się ogniwo podczas dużej ilości cykli przy zadanym prądzie. Woltamperometria cykliczna wykonana jedynie dla najlepiej zapowiadającej się próbki, czyli próbki ze stężeniem LiOH 2M udowodniła, iż w próbce nie zachodzą reakcje uboczne, które mogą znacznie zakłócać pracę ogniwa. Spektroskopia w podczerwieni pomogła nam dowiedzieć się jakie wiązania i związki mogą znajdować się w próbce EB, co w konsekwencji znacznie ułatwia przewidzenie reakcji ubocznych zachodzących w układzie. Ostatecznie spektroskopia impedancyjna pomogła nam w zrozumieniu reakcji zachodzących w ogniwie poprzez wygenerowanie układów zastępczych dla poszczególnych próbek zsyntetyzowanego lepiszcza. Przeprowadzone badania potwierdziły słuszność kontynuowania przeprowadzonych badań i skutecznie zasugerowały kierunek ich biegu.

As part of the research work, an attempt was made to synthesize an organic binder for spinel cathodes. The synthesized solutions (EBs) were formed by alkaline hydrolysis of PNVF at ratios of 1M, 2M, 3M, 4M, 5M and 6M. The active material (LMOS) was used to create the slurries, as binders were used particular concentrations of EB solutions and the conductivity enhancing compound Carbon Black Super P. The slurries were applied to a previously smoothed and pitting-reacted (with KOH) aluminum foil, which was dried together with the applied material in a vacuum dryer. Discs with a diameter of 12mm were cut from the dried foil along with the slurries, which served as the electrode material used to assemble the cathode half-cells. The fabricated half-cells were subjected to testing. Thanks to charging and discharging tests we were able to obtain information about specific capacitance of the cell and its coulombic efficiency at particular currents. Long-term tests showed how the cell behaves during a large number of cycles at a given current. Cyclic voltammetry performed only on the best promising sample, i.e., the sample with LiOH 2M concentration, proved that no side reactions occur in the sample that can significantly interfere with the cell. Infrared spectroscopy helped us to know what bonds and compounds might be present in the EB sample, which consequently makes it much easier to predict side reactions occurring in the system. Finally, impedance spectroscopy helped us understand the reactions occurring in the cell by generating surrogate systems for particular sample of the synthesized binder. The experiments performed confirmed the validity of continuing the research conducted and effectively suggested the direction of the research.