Side-Reactions of Polyvinylidene Fluoride and Polyvinylidene Chloride Binders with Aluminum Chloride-Based Ionic Liquid Electrolyte in Rechargeable Aluminum-Batteries

聚偏氟乙烯 电解质 离子液体 氯化物 材料科学 氟化物 无机化学 化学 化学工程 复合材料 有机化学 冶金 聚合物 电极 催化作用 物理化学 工程类
作者
Eugen Zemlyanushin,A. Müller,Tetsuya Tsuda,Sonia Dsoke
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [Institute of Physics]
卷期号:171 (11): 110507-110507
标识
DOI:10.1149/1945-7111/ad8a93
摘要

Rechargeable aluminum batteries (RABs) use a Lewis acidic aluminum chloride (AlCl 3 ) and 1-Ethyl-3-methylimidazolium chloride (EMImCl) ionic liquid electrolyte. Electrode fabrication often relies on procedures from lithium-ion batteries (LIBs), including the use of Polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder. However, PVdF reacts with Al 2 Cl 7 − in the RAB electrolyte, making it unsuitable for new battery types. The literature lacks details on the products formed, changes in the ionic liquid electrolyte, and the implications for electrochemical performance. With potential European Chemical Agency restrictions on per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) by 2025, Polyvinylidene chloride (PVdC) is being explored as an alternative binder. In contact with AlCl 3 :EMImCl (1.50:1.00) electrolyte, both, PVdF and PVdC transform into amorphous carbon during dehydrofluorination and dehydrochlorination, respectively, as confirmed by Raman spectroscopy. Furthermore, via 19 F-NMR, it is shown that the reaction time between the soaked polymers and the ionic liquid has a significant influence on the newly formed aluminum chlorofluoride complexes. Electrochemical tests of graphite-based electrodes indicate increasing specific capacity of PVdF compared to PVdC with a continuous number of cycles. Amorphous carbon can prevent the disintegration of graphite and enhance conductivity. Furthermore, newly formed AlF 4 − can run a co-intercalation and lead to increasing specific capacity.
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