Published July 28, 2020 | Version v1
Publication Open

Properties enhancement of carboxymethyl cellulose with thermo-responsive polymer as solid polymer electrolyte for zinc ion battery

Creators

  • 1. Chulalongkorn University
  • 2. Khon Kaen University
  • 3. Osaka University
  • 4. Tokai University

Description

Abstract A novel polymer host from carboxymethyl cellulose (CMC)/poly( N -isopropylacrylamide) (PNiPAM) was developed for a high safety solid polymer electrolyte (SPE) in a zinc ion battery. Effects of the PNiPAM loading level in the range of 0–40% by weight ( wt%) on the chemical, mechanical, thermal, and morphological properties of the CMC/PNiPAMx films (where x is the wt% of PNiPAM) were symmetrically investigated. The obtained CMC/PNiPAMx films showed a high compatibility between the polymers. The CMC/PNiPAM20 blend showed the greatest tensile strength and modulus at 37.9 MPa and 2.1 GPa, respectively. Moreover, the thermal degradation of CMC was retarded by the addition of PNiPAM. Scanning electron microscopy images of CMC/PNiPAM20 revealed a porous structure that likely supported Zn 2+ movement in the SPEs containing zinc triflate, resulting in the high Zn 2+ ion transference number (0.56) and ionic conductivity (1.68 × 10 –4 S cm −1 ). Interestingly, the presence of PNiPAM in the CMC/PNiPAMx blends showed a greater stability during charge–discharge cyclic tests, indicating the ability of PNiPAM to suppress dendrite formation from causing a short circuit. The developed CMC/PNiPAM20 based SPE is a promising material for high ionic conductivity and stability in a Zn ion battery.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الخلاصة تم تطوير مضيف بوليمر جديد من كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC)/بولي (N - isopropylacrylamide) (PNiPAM) لإلكتروليت البوليمر الصلب عالي السلامة (SPE) في بطارية أيون الزنك. تم فحص تأثيرات مستوى تحميل PNiPAM في نطاق 0-40 ٪ بالوزن(٪ بالوزن) على الخواص الكيميائية والميكانيكية والحرارية والمورفولوجية لأغشية CMC/PNiPAMx (حيث x هي النسبة المئوية بالوزن من PNiPAM) بشكل متماثل. أظهرت أغشية CMC/PNiPAMx التي تم الحصول عليها توافقًا عاليًا بين البوليمرات. أظهر مزيج CMC/PNiPAM20 أكبر قوة شد ومعامل عند 37.9 ميجا باسكال و 2.1 جيجا باسكال، على التوالي. علاوة على ذلك، تم تأخير التحلل الحراري لـ CMC عن طريق إضافة PNiPAM. كشفت صور المسح المجهري الإلكتروني لـ CMC/PNiPAM20 عن بنية مسامية من المحتمل أن تدعم حركة الزنك 2+ في SPEs التي تحتوي على ثلاثي الزنك، مما أدى إلى ارتفاع عدد نقل الزنك 2+ أيون (0.56) والموصلية الأيونية (1.68 × 10 –4 S سم −1 ). ومن المثير للاهتمام، أن وجود PNiPAM في خليط CMC/PNiPAMx أظهر استقرارًا أكبر أثناء الاختبارات الدورية لتفريغ الشحنة، مما يشير إلى قدرة PNiPAM على منع تكوين الشجيرات من التسبب في دائرة قصر. يعد SPE المطور القائم على CMC/PNiPAM20 مادة واعدة للتوصيل الأيوني العالي والاستقرار في بطارية Zn ion.

Translated Description (French)

Résumé Un nouvel hôte polymère à partir de carboxyméthylcellulose (CMC)/poly( N -isopropylacrylamide) (PNiPAM) a été développé pour un électrolyte polymère solide (SPE) de haute sécurité dans une batterie à ions zinc. Les effets du niveau de charge PNiPAM dans la plage de 0 à 40 % en poids (% en poids) sur les propriétés chimiques, mécaniques, thermiques et morphologiques des films CMC/PNiPAMx (où x est le % en poids de PNiPAM) ont été étudiés de manière symétrique. Les films CMC/PNiPAMx obtenus ont montré une grande compatibilité entre les polymères. Le mélange CMC/PNiPAM20 a montré la plus grande résistance à la traction et le module à 37,9 MPa et 2,1 GPa, respectivement. De plus, la dégradation thermique de la CMC a été retardée par l'ajout de PNiPAM. Les images de microscopie électronique à balayage de CMC/PNiPAM20 ont révélé une structure poreuse qui a probablement supporté le mouvement de Zn 2+ dans les SPE contenant du triflate de zinc, ce qui a entraîné un indice de transfert d'ions Zn 2+ élevé (0,56) et une conductivité ionique (1,68 × 10 –4 S cm −1 ). Fait intéressant, la présence de PNiPAM dans les mélanges CMC/PNiPAMx a montré une plus grande stabilité lors des essais cycliques de charge-décharge, indiquant la capacité de PNiPAM à empêcher la formation de dendrites de provoquer un court-circuit. Le SPE développé à base de CMC/PNiPAM20 est un matériau prometteur pour une conductivité ionique et une stabilité élevées dans une batterie ionique Zn.

Translated Description (Spanish)

Resumen Se desarrolló un nuevo huésped polimérico de carboximetilcelulosa (CMC)/poli( N -isopropilacrilamida) (PNiPAM) para un electrolito polimérico sólido (SPE) de alta seguridad en una batería de iones de zinc. Se investigaron simétricamente los efectos del nivel de carga de PNiPAM en el rango de 0–40% en peso (% en peso) sobre las propiedades químicas, mecánicas, térmicas y morfológicas de las películas de CMC/PNiPAMx (donde x es el % en peso de PNiPAM). Las películas CMC/PNiPAMx obtenidas mostraron una alta compatibilidad entre los polímeros. La mezcla CMC/PNiPAM20 mostró la mayor resistencia a la tracción y módulo a 37.9 MPa y 2.1 GPa, respectivamente. Además, la degradación térmica de CMC se retrasó por la adición de PNiPAM. Las imágenes de microscopía electrónica de barrido de CMC/PNiPAM20 revelaron una estructura porosa que probablemente apoyó el movimiento de Zn 2+ en los SPE que contienen triflato de zinc, lo que resultó en un alto número de transferencia de iones Zn 2+ (0.56) y conductividad iónica (1.68 × 10 –4 S cm −1 ). Curiosamente, la presencia de PNiPAM en las mezclas CMC/PNiPAMx mostró una mayor estabilidad durante las pruebas cíclicas de carga-descarga, lo que indica la capacidad de PNiPAM para evitar que la formación de dendritas cause un cortocircuito. El SPE basado en CMC/PNiPAM20 desarrollado es un material prometedor para una alta conductividad iónica y estabilidad en una batería de iones de Zn.

Files

s41598-020-69521-x.pdf.pdf

Files (2.4 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:b0875b5380a880605ec70b3964aa8fa1
2.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحسين خصائص كربوكسي ميثيل السليلوز مع البوليمر المستجيب للحرارة مثل إلكتروليت البوليمر الصلب لبطارية أيون الزنك
Translated title (French)
Amélioration des propriétés de la carboxyméthylcellulose avec un polymère thermosensible en tant qu'électrolyte polymère solide pour batterie à ions zinc
Translated title (Spanish)
Mejora de las propiedades de la carboximetilcelulosa con polímero termosensible como electrolito polimérico sólido para la batería de iones de zinc

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3045955334
DOI
10.1038/s41598-020-69521-x

Is supplement to
https://openalex.org/W986457261 (Other)
https://openalex.org/W4366396149 (Other)
https://openalex.org/W4248419595 (Other)
https://openalex.org/W2417131764 (Other)
https://openalex.org/W2384844930 (Other)
https://openalex.org/W2383944036 (Other)
https://openalex.org/W2372659363 (Other)
https://openalex.org/W2364045209 (Other)
https://openalex.org/W2070652985 (Other)
https://openalex.org/W2067936761 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Thailand

References

  • https://openalex.org/W1964849195
  • https://openalex.org/W1967179994
  • https://openalex.org/W1971976804
  • https://openalex.org/W1982865369
  • https://openalex.org/W2001994257
  • https://openalex.org/W2006760583
  • https://openalex.org/W2007296031
  • https://openalex.org/W2020736167
  • https://openalex.org/W2022138101
  • https://openalex.org/W2030824815
  • https://openalex.org/W2033688917
  • https://openalex.org/W2036019571
  • https://openalex.org/W2038394669
  • https://openalex.org/W2044349849
  • https://openalex.org/W2053059779
  • https://openalex.org/W2055595769
  • https://openalex.org/W2068806259
  • https://openalex.org/W2071739358
  • https://openalex.org/W2076724537
  • https://openalex.org/W2077124634
  • https://openalex.org/W2084686427
  • https://openalex.org/W2092700187
  • https://openalex.org/W2093414985
  • https://openalex.org/W2093678779
  • https://openalex.org/W2131194483
  • https://openalex.org/W2167321994
  • https://openalex.org/W2172236054
  • https://openalex.org/W2295166650
  • https://openalex.org/W2298294443
  • https://openalex.org/W2322547004
  • https://openalex.org/W2401263926
  • https://openalex.org/W2415356135
  • https://openalex.org/W2415861015
  • https://openalex.org/W2471348731
  • https://openalex.org/W2541568858
  • https://openalex.org/W2543298991
  • https://openalex.org/W2574041145
  • https://openalex.org/W2771105142
  • https://openalex.org/W2774602963
  • https://openalex.org/W2778928046
  • https://openalex.org/W2796563227
  • https://openalex.org/W2889951695
  • https://openalex.org/W2890871090
  • https://openalex.org/W2898277665
  • https://openalex.org/W2918547545
  • https://openalex.org/W2921507098
  • https://openalex.org/W2925328692
  • https://openalex.org/W2935069165
  • https://openalex.org/W2946754848
  • https://openalex.org/W2949963204
  • https://openalex.org/W2970928518
  • https://openalex.org/W2980034003
  • https://openalex.org/W2990276414
  • https://openalex.org/W2993140253
  • https://openalex.org/W3001327916