Poli (vinilidina hexafluropropilina) PVDF-HFP merupakan komponen yang
berpotensi sebagai pemisah dalam bateri ion litium kerana ketahanan kimianya yang
sangat tinggi, kestabilan mekanikal dan haba yang besar beserta kos yang lebih rendah;
walau bagaimanapun, komponen yang asalnya mempunyai ciri-ciri yang terhad dan
memerlukan pengubahsuaian lanjut bagi mencapai prestasi yang diinginkan. Oleh itu,
dalam penyelidikan ini, hibrid ternari PVDF-HFP/PANI/GO telah dibangunkan dan
skop dibahagikan kepada tiga fasa yang pada permulaannya, dos polianilina (PANI)
yang berbeza (1% berat, 2% berat, dan 3% berat) telah dicampur ke dalam matriks
polimer PVDF-HFP bagi menghasilkan membran elektrolit PVDF-HFP/PANI dengan
menggunakan kaedah nafas-bentuk. Penambahan PANI (2% berat) didapati
mempengaruhi daya kekonduksian ionik di mana nilainya telah meningkat dari 1.98 ×
10-4 S cm-1 bagi membran tunggal PVDF-HFP ke 1.04 × 10-3 S cm-1; walau
bagaimanapun, kesan pengekstrakannya mengakibatkan kekuatan tegangan membran
tunggal PVDF-HFP menurun dari 4.2 MPa hingga 2.8 MPa. Skop kedua, kesan grafina
oksida (GO) dikaji dengan mevariasikan jumlah GO yang berbeza (1% berat, 2.5% berat
dan 5% berat) ke dalam matriks polimer PVDFHFP. Penambahan GO (2.5% berat)
meningkatkan kekuatan tegangan membrane PVDF-HFP dari 4.2 MPa hingga 12.5 MPa;
walau bagaimanapun, ia menyebabkan kekonduksian ionik PEM tunggal diketepikan. Selanjutnya, bagi fasa ketiga, bahankomposit PANI/GO digabungkan atas faktor keunikan
kedua-dua pengisi. PVDF HFP/ PANI hibrid ternari (2% berat)/GO (10% berat, 25% berat,
dan 40% berat) PEM disintesis dan dicirikan untuk bateri ion litium. Ternari PVDF-HFP/PANI/GO yang diperolehi menunjukkan peningkatan kekuatan tegangan sehingga
8.8 MPa. Tambahan pula, membran ternari PVDFHFP/PANI/GO menunjukkan kestabilan
terma yang luar biasa dengan Td sehingga 498°C, peningkatan morfologi, pengambilan
elektrolit tertinggi (367.5%) dan keliangan yang sangat baik sekitar 89%. Selain itu, PEM
bagi PVDF-HFP tunggal, PVDF-HFP/PANI dan PVDF-HFP/PANI/GO yang optimum telah digunakan untuk pencirian elektrokimia dan pemodelan. Selain itu model R-CPE
memberikan kualiti yang sesuai dengan nilai MSE sekitar 5% berbanding model R-C dan R-L. Seterusnya, PEM optimum yang disediakan berjaya digunakan dalam bateri ion litium dan
menunjukkan kapasiti khusus yang baik untuk 10 pusingan permulaan. Walau bagaimanapun, PEM ternari PVDF-HFP/PANI/GO menghasilkan kestabilan yang lebih baik berbanding
dengan PEM lain; oleh itu, ia diuji selanjutnya untuk pengekalan kapasiti dan ia mengekalkan kapasiti melebihi 95% selepas 30 kitaran. Kesimpulannya, penggunaan membran ternari PVDF-HFP/PANI/GO merupakan pemisah yang berpotensi bagi bateri ion litium di masa hadapan.
_______________________________________________________________________
Poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) PVDF-HFP is a promising
candidate as a separator in lithium-ion batteries owing to its outstanding chemical
resistance, high mechanical and thermal stability with lower cost; however, its pristine
form has limited characteristics that require further modification to achieve enhanced
performance. Therefore, in this research ternary hybrid PVDF-HFP/PANI/GO were
develop and the scope were divided into three phase which at first, different dosages
of polyaniline (PANI) (1 wt%, 2 wt%, and 3 wt%) are incorporated into PVDF-HFP
polymer matrix to fabricate PVDF-HFP/PANI polymer electrolyte membrane by using
breath-figure method. The PANI (2 wt%) inclusion influenced the ionic conductivity
and enhanced it from 1.98 × 10-4 S cm-1 of pristine PVDF-HFP membrane to 1.04 ×
10-3 S cm-1; however, its plasticizing effect resulted in tensile strength of pristine
PVDF-HFP membrane from 4.2 MPa to 2.8 MPa. Secondly, the effect of graphene oxide
(GO) is investigated by varying different amount of GO (1 wt%, 2.5 wt%, and 5 wt%) into
PVDF-HFP polymer matrix. The GO (2.5 wt%) addition remarkably enhanced the tensile
strength of PVDF-HFP membrane from 4.2 MPa to 12.5 MPa; however, it showed negligible effect on ionic conductivity of pristine PEM. Therefore, in third phase, PANI/GO composite material is combined for the unique properties of both the fillers. The ternary hybrid
PVDFHFP/PANI (2 wt%)/GO (10 wt%, 25 wt%, and 40 wt%) PEMs are synthesized and
characterized for lithium ion batteries. The obtained PVDF-HFP/PANI/GO ternary membrane showed a remarkable improvement in tensile strength up to 8.8 MPa. Furthermore, the PVDFHFP/PANI/GO ternary membrane exhibited outstanding thermal stability with Td up
to 498°C, improved morphology, highest electrolyte uptake (367.5%) and an excellent
porosity of around 89%. Moreover, the obtained optimum pristine PVDF-HFP, PVDFHFP/
PANI, and PVDF-HFP/PANI/GO PEMs were considered for further
electrochemical characterization and modelling. Also, the R-CPE model provided a
best quality fit with MSE value of around 5% compared to R-C and R-L model.
Further, the prepared optimum PEMs is successfully applied in lithium ion battery and
showed good specific capacity for initial 10 cycles. However, PVDF-HFP/PANI/GO
ternary PEM resulted in better stability compared to other PEMs; therefore, it is tested
for capacity retention and it retained over 95% capacity after 30 cycles. In conclusion,
the proposed PVDF-HFP/PANI/GO ternary membrane is a potential candidate as a
separator in future lithium-ion batteries.
Ternary hybrid pvdf-hfppanigo polymer electrolyte membrane for lithium ion battery_Usaid Ur Rehman Farooqui_K4_2019_MYMY