Summary
La incorporación de los electrodos de referencia en una batería de iones de litio proporciona información valiosa para aclarar los mecanismos de degradación en altos voltajes. En este artículo, presentamos un diseño de celda que se adapta a múltiples electrodos de referencia, junto con las fases de montaje para asegurar la máxima exactitud de los datos obtenidos en las mediciones electroquímicas.
Abstract
Que voltaje de funcionamiento de los resultados de las baterías Li-ion en salida de energía más alta se extiende desde estos dispositivos. Altos voltajes, sin embargo, pueden desencadenar o acelerar varios procesos responsables de la decadencia de rendimiento a largo plazo. Dada la complejidad de los procesos físicos que ocurren dentro de la célula, a menudo es difícil lograr un completo entendimiento de las causas de esta degradación del rendimiento. Esta dificultad surge en parte del hecho de que cualquier medición electroquímica de una batería devolverá las contribuciones combinadas de todos los componentes en la célula. Incorporación de un electrodo de referencia puede solucionar parte del problema, ya que permite las reacciones electroquímicas de cátodo y el ánodo a ser probadas individualmente. Una variación en el rango de tensión experimentada por el cátodo, por ejemplo, puede indicar alteraciones en la piscina de iones de litio así en la célula completa. La evolución estructural de las muchas interfases existentes en la batería también puede ser monitoreada, mediante la medición de las contribuciones de cada electrodo a la impedancia total del celular. Tal riqueza de información amplifica el alcance del análisis diagnóstico de las baterías de ion-litio y proporciona información valiosa para la optimización de los componentes individuales de la célula. En este trabajo, presentamos el diseño de una celda de prueba para acomodar múltiples electrodos de referencia y presente electrodos de referencia adecuados para cada tipo específico de medición, que detalla al conjunto de procesos para maximizar la exactitud de los resultados experimentales.
Introduction
La demanda de altas densidades de energía de las baterías de Li-ion (LIBs) es conducir la investigación hacia la comprensión de los factores fundamentales que limitan el rendimiento de células Li-ion1. Operación de alto voltaje de las células que contienen una nueva generación de capas de transición de metal óxido cátodos, ánodos de grafito y carbonato orgánico electrolitos se asocia con varias parásitos reacciones2,3. Algunas de estas reacciones consumen Li - inventario de ion y a menudo resultan en subida significativa de la impedancia de la celda4,5,6,7. Pérdida de Li-ion también resulta en un cambio neto de los potenciales de superficie de los electrodos. Seguimiento de los cambios de voltaje en un electrodo individual en una célula completa contra un electrodo de referencia (RE) se puede realizar en celda de electrodo de 3 comerciales diseños8,9,10,11 , 12 , 13 , 14. información relativa a los perfiles de tensión y los cambios de impedancia de electrodos individuales promueve una comprensión más profunda de los mecanismos fundamentales de la degradación de un LIB. Células de 3 electrodos convencionales contienen metal de Li como un electrodo de referencia, que facilita una comprensión distinta de los procesos electroquímicos en cada electrodo. Li-metal en contacto con el electrolito orgánico sufre modificación superficial espontánea y la contribución de esta capa superficial en Li no puede ser cuantificada15. Varias configuraciones de electrodo de 3 como (un)-modelo T, (b) un micro-RE posición coaxial para el trabajo y el contraelectrodo, (c) una célula de la moneda con un RE en la parte posterior del contraelectrodo, etc. se han propuesto anteriormente. La mayoría de estas configuraciones de celda tienen el RE posicionado lejos el sandwich de la célula, generando significativa deriva en los datos de impedancia debido a la baja conductividad del electrolito. Se ha demostrado que un RE con un potencial estable a lo largo de la medida debe ser colocado en el centro del sandwich para asegurar datos confiables de la impedancia.
Para resolver estas discrepancias, hemos diseñado una configuración de celda en un cuarto RE16. Un alambre de Cu Sn plateado ultra fino se intercala entre los electrodos de una batería que puede ser electroquímicamente lithiated en situ para formar una aleación de SnxLi. Sn somete litiación, la tensión del alambre de referencia cae como un alambre completamente lithiated tiene un potencial de cerca de 0 V vs. Li+/Li17. La composición lithiated tiene un potencial comparable al metal de Li y las aleaciones metaestables facilitan una potencial durante el período de tiempo de la medida estable. Un metal de Li expuesto al electrolito es propenso a productos de la descomposición del electrolito formando capas superficiales. Una medida de la EIS para la impedancia de los electrodos individuales por la recogida de espectros entre uno de los electrodos y la referencia de metal Li como acoplado no han sido fiables debido a la contribución de estas capas en la impedancia. Aunque la reducción de electrolitos es inevitable también en la superficie Li-Sn, un cable de referencia lithiated en situ tiene las ventajas siguientes: (a) productos de descomposición de electrolito constante no la tensión está siempre por encima del potencial de descomposición de el electrolito a menos que lithiated, no implicando pérdida de inventario de Li en el sistema de capas interfaciales; (b) las capas formadas durante la litiación del alambre de Sn son sobre un área muy pequeña, proporcionando una contribución insignificante a los datos EIS; y (c) la forma de productos como el alambre de Sn pierde Li y el potencial del cable aumenta, dando por resultado la litiación de alambre dulce de Sn durante cada litiación y así la formación de capas interfaciales muy finas cada vez en lugar de mayor espesor de estos capas. Los espectros grabados con estas aleaciones como referencia proporcionan datos más precisos y confiables de la impedancia del electrodo. Hemos realizado pruebas con estándar moneda de 2032-tipo células y 4-electrodo RE de las células para validar nuestro diseño. Los resultados de estas pruebas y nuestra interpretación de los datos se utilizará como un resultado representativo para explicar la eficacia de nuestro protocolo. El V 3-4.4 ciclismo siguió un protocolo estándar, que incluye ciclos de formación, los ciclos de envejecimiento y mediciones de impedancia AC periódicas durante el ciclo. Las medidas de celda de moneda proporcionan información valiosa sobre los parámetros tales como el ciclo de vida, retención de la capacidad, cambios de impedancia AC, etc. RE células permiten control cambios de tensión y aumento de impedancia de electrodos individuales. Nuestro entendimiento mecanicista en el aumento de capacidad se desvanecen y la impedancia puede proporcionar directrices para el desarrollo de sistemas del electrólito y comprender las contribuciones para la pérdida de la capacidad de cada electrodo durante la operación de celdas de alta tensión.
Nuestras células contienen Li1.03 (Ni0.5Co0,2Mn0.3)0.97O2 (denotado aquí como NMC532)-basado en electrodos positivos, basados en grafito electrodos negativos (denotada aquí como Gr) y una solución de 1,2 M de LiPF6 en Fluoroethylene carbonato (FEC): etil metil carbonato (EMC) (5:95 w/w) como electrólito. Los electrodos utilizados en este estudio son electrodos estándar fabricados en celular análisis, modelado y prototipado (campo) facilidad en el laboratorio nacional de Argonne. El electrodo positivo consiste en NMC532, aditivo carbono conductivo (C-45) y del polivinilideno binder de fluoruro (PVdF) en una proporción de 90:5:5 en un colector actual 20 μm espesor Al. El electrodo negativo consiste en grafito, mezclado con C-45 y PVdF aglutinante en una proporción de 92:2:6 en un colector actual de 10 μm de espesor Cu. Discos circulares de 5,08 cm de diámetro fueron perforados de los laminados de electrodos y los separadores fueron perforados con un troquel de 7.62 cm para uso en dispositivos de 7,62 cm de diámetro interno. Estos electrodos se secaron a 120 ° C y los separadores a 75 ° C en una estufa de vacío por al menos 12 h antes de la Asamblea de la célula. Una representación esquemática del diseño de la luminaria se representa en la figura 1. Electrodos y accesorios grandes aseguran mínimos inhomogeneidades en las distribuciones actuales por unidad de área, por lo tanto, proveer las distorsiones por lo menos en los espectros de impedancia. El V 3-4.4 ciclismo siguió un protocolo estándar, que incluye dos ciclos de formación a una velocidad de C/20, 100 ciclos a una velocidad de C/3 y dos ciclos de diagnóstico en el C/20 del envejecimiento. Todas las pruebas de batería se realizaron a 30 ° C. Datos ciclo electroquímicos se midieron usando a un cycler de batería y la espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) se realiza mediante un sistema de potenciostato.
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Protocol
1. pela los cables de cobre/estaño
- Calor había obtenido comercialmente solución de extracción.
- Vierta grado industrial comercial pelar solución en un vaso de acero inoxidable (7,6 cm de diámetro y 8,5 cm de altura) a una profundidad de aproximadamente 5 mm de la parte inferior. Coloque el vaso en una placa caliente. Comience a un ritmo lento de unos 5 ° C/min de calefacción.
- Sumerja un termopar portátil dentro de la solución cerca supervisar la rampa de temperatura de la solución y ajustar la velocidad de calentamiento de la placa caliente para mantener a la tasa de calentamiento requerido.
- Configuración del cable Cu/Sn en la plantilla para la preparación de los cables de referencia.
- Enrollar un alambre de cobre grueso en forma de una plantilla (4 cm de ancho y 7 cm de largo). Monte el comercial Cu/Sn (o Cu puro) alambre (25,4 μm de diámetro), recubierto de una fina capa de Sn y electrónicamente aislado con una capa de poliuretano) en la plantilla como se muestra en la Figura 1a.
Nota: Estos cables son muy delicados y pueden romperse si se maneja a áspero.
- Enrollar un alambre de cobre grueso en forma de una plantilla (4 cm de ancho y 7 cm de largo). Monte el comercial Cu/Sn (o Cu puro) alambre (25,4 μm de diámetro), recubierto de una fina capa de Sn y electrónicamente aislado con una capa de poliuretano) en la plantilla como se muestra en la Figura 1a.
- Remover el polímero
- Una vez que la temperatura de la solución de extracción Lee alrededor de 85 ° C en el termopar, dejará de calentar la solución y sumergir la plantilla de alambre montado en la solución.
- Dejar la plantilla dentro de la solución por 15 s y luego enjuague la plantilla en DI agua para otros 15 s para lavar el exceso de solución desmontaje adsorbido en el cable.
- Compruebe el cable expuesto Sn (aparece como color blanco plateado) y repita el paso 1.3.2 hasta que el polímero esté totalmente despojado.
PRECAUCIÓN: Exposición a largo plazo del alambre a la solución de extracción puede grabar a capa de Sn y exponer un alambre de Cu de color marrón rojizo por debajo. Si los cables están siendo preparados para análisis de espectroscopia de impedancia, la presencia de placas de Sn es esencial. - La plantilla en agua desionizada y seque en el aire a temperatura ambiente (25 ° C).
- Cortar los cables en medio de las regiones peladas para obtener cables con ambos extremos con Sn expuesta (o Cu en exceso cables pelados). El tamaño de cada cable es de aproximadamente 10 cm.
2. referencia cable preparación
- Para hacer los contactos del cable de referencia, conecte los cables a un cable eléctrico y los empalmes de la soldadura.
- De un rollo de cables del circuito eléctrico, corte trozos de 10 cm y la cubierta aislante de los extremos al descubierto unos 2 cm del metal de la tira.
- Montar un extremo del cable pelado del polímero hasta el final de los cables eléctricos expuestos y la Unión para formar un contacto eléctrico entre los cables de soldadura.
- Mida la resistencia entre el alambre expuesto de Sn (o Cu) y los cables eléctricos expuestos.
Nota: Los valores de resistencia típicos son entre 6-8 Ω. - La transferencia de un cable cada una con Sn expuesta y con Cu expuesto en un argón llenó guantera para el montaje en una célula.
- Montar una prensado y aplanada Li hoja de metal a la Cu expuesto cable de referencia
- Corte un pequeño pedazo de metal Li (no más de 5 mm x 5 mm) de una hoja grande de Li dentro de la guantera.
Nota: Use equipo dedicado para el contacto con el metal de Li y tienda dentro de la guantera para evitar la contaminación y posterior micro-cortocircuito eléctrico. - Usando un rodillo cubierto con una cinta de polímero (para evitar que se pegue del metal sobre la superficie de rodillos metálicos Li), rollo de la pieza de metal de Li sobre una plataforma de teflón en ar.
- Continuar rodando para lograr un espesor de lámina de aproximadamente 25 μm. cheque el espesor usando un calibrador de tornillo.
- Al obtener el espesor deseado de la Li metal hoja, doblar la hoja en el centro para formar una forma de U. Lugar el Cu expuesto alambre entre la curva tal que Cu está en contacto con el metal de Li y presione la tapa para encapsular Cu alambre entre las dos capas de Li.
Nota: Mantener extrema precaución mientras encapsula alambre de Cu para asegurar toda la punta expuesta. Cu es para electrónica conductancia sólo y contacto con el electrolito de Cu en la lectura de un potencial de superficie mixto generando valores de tensión errónea en los datos.
- Corte un pequeño pedazo de metal Li (no más de 5 mm x 5 mm) de una hoja grande de Li dentro de la guantera.
3. montaje y adquisición de datos de la célula
- Colocar la referencia de metal Li y los cables de referencia Sn entre el conjunto de células li-ion.
- Coloque el electrodo negativo en la luminaria que el centro del electrodo se desplaza ligeramente del centro de la luminaria. Añadir 400 μL del electrólito (1.2M LiPF6 en Fluoroethylene carbonato (FEC): etil metil carbonato de EMC (5:95 w/w)) para mojar el electrodo entero.
- Coloque un separador en la parte superior del electrodo y suavemente mediante un barrido de organophobic, eliminar las burbujas de aire atrapado entre el separador y el electrodo. Ajusta la posición del separador para asegurar la concentricidad con el aparato completamente aislar la base de la lámpara desde el electrodo positivo y evitar cortos eléctricos dentro de la célula.
Nota: Los electrodos grandes tienden a atrapar burbujas de aire entre el separador y los electrodos como encrespan con adición de electrolito. Estos bolsillos de aire deba ser extirpada para asegurar un contacto adecuado del separador con los electrodos. Las burbujas de aire aumentan la impedancia de la célula e inhiben la transferencia de iones. - Añadir dos gotas (aproximadamente 10 μl) de electrólito, uno a 2 mm del sándwich de la célula y otro en el centro del electrodo. Posición del Sn expuesto punta del alambre de referencia en el centro del electrodo y la hoja de metal Li (encapsulados sobre alambre de Cu) en la gota del electrodo. La tensión superficial entre los metales y las gotas de electrolitos Mantenga los cables en posición.
- Añada una gota más (aproximadamente 10 μl) de electrólitos sobre el metal Li después de colocar el alambre en posición.
- Elimine las burbujas de aire adicional entre la lámina de Li y el separador con el barrido de teflón. Añadir otro 400 μL del electrólito.
- Coloque un segundo separador alineado con el primer separador que tanto los cables de referencia se intercalan entre los dos separadores. Eliminar las posibles burbujas de aire adicional.
PRECAUCIÓN: Colocando el segundo separador, una tensión excesiva puede romper los hilos de referencia. Deje el cable extra dentro de la célula para reducir la tensión en el cable. - Moje el electrodo positivo con 400 μL del electrólito. Lugar el electrodo alineado con el electrodo negativo en la parte superior el segundo separador.
- Coloque el espaciador de acero inoxidable en el electrodo positivo con cuidado para no alterar la alineación de la pila de la célula.
Nota: Electrodos desalineados causar distribuciones actuales no homogéneas y capacidad reducida de la célula debido a acceso reducido del área de la celda activa. - Ola de acero inoxidable dos lugar resortes en el disco para acomodar cambios en el volumen celular y acumulación de presión que aseguran el buen contacto eléctrico entre los electrodos y los terminales de la lámpara. Cerca de la lámpara. Puesto que la configuración no está herméticamente sellada, las pruebas se llevan a cabo dentro de la caja de guante en una atmósfera inerte.
- Registrar los datos del alambre de metal de referencia Li para perfiles de voltaje del electrodo individual
- Conecte el terminal de referencia auxiliar de la cycler al metal Li mientras que las terminales de electrodos positivos y negativos de la cycler están conectadas a los electrodos respectivos.
Nota: Durante el ciclo de la célula, el cycler lee la diferencia de potencial entre el borne positivo y la salida Aux1 y el electrodo negativo y la referencia como Aux2. Mientras está conectado el cable de metal Li, Aux1 y Aux2 son los potenciales de electrodos individuales con respecto a metal Li.
- Conecte el terminal de referencia auxiliar de la cycler al metal Li mientras que las terminales de electrodos positivos y negativos de la cycler están conectadas a los electrodos respectivos.
- Lithiate el Sn cable situ a espectroscopia de registros de impedancia electroquímica (EIS).
- Se aplica una corriente constante de 5 μA durante 6 h entre el electrodo positivo y el cable del Sn con un corte de alto voltaje de 4 V a electroquímicamente lithiate del Sn. El potencial de aleación Li/Sn así formado es cercana a la del metal de Li. Desconecte los terminales y deje que el cable se equilibren por 2 h.
Nota: Asegúrese de corriente muy baja (cerca de 0 A) en el circuito a confirmar litiación completa del alambre Sn. - Alterar las conexiones cycler metal Li al terminal auxiliar de la cycler y alambre de Sn a la terminal negativa de la cycler y asegurar la lectura de Aux2 cerca de 0 V. Se obtiene una fase lithiated del Sn, como LixSn.
- Vuelva a conectar los terminales positivo y negativo de la cycler a los respectivos electrodos de la célula y el terminal auxiliar a Lixcable Sn.
- Se aplica una corriente constante de 5 μA durante 6 h entre el electrodo positivo y el cable del Sn con un corte de alto voltaje de 4 V a electroquímicamente lithiate del Sn. El potencial de aleación Li/Sn así formado es cercana a la del metal de Li. Desconecte los terminales y deje que el cable se equilibren por 2 h.
- ES récord para (i) cátodo yánodo, cátodo (ii) vs lithiated Sn alambre y (iii) ánodo vs lithiated Sn alambre. La impedancia (i) es la suma de las impedancias en (ii) y (iii). El potenciostato consta de dos terminales para registrar las tensiones y dos salidas de corriente para cada electrodo.
- Para obtener los espectros de célula completa, conectar terminales corriente y voltaje a los electrodos positivos y negativos respectivos de la célula.
- Para la impedancia del electrodo positivo, conecte el voltaje y la corriente terminales positivos (también conocido como electrodo de trabajo, nosotros) al electrodo positivo y conecte los terminales negativos (también conocido como el contraelectrodo, CE) en el LixSn electrodo de referencia.
- Para la impedancia del electrodo negativo, conecte los terminales en el electrodo negativo y conecte los terminales de CE en el electrodo de referencia LixSn.
- Para grabar la mia, suministrar corrientes AC o variando las frecuencias para la pareja electroquímica entre la amplitud de un voltaje pequeño (5 mV) y la respuesta de impedancia como componente imaginaria contra el componente real.
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Representative Results
Figura 2 es un perfil representativo de los voltajes de los electrodos individuales con 1,2 M LiPF6 en (FEC): EMC (5:95 w/w) como el electrólito durante el primer y segundo ciclos de la formación. La figura 3 muestra los espectros EIS de la célula después de tres ciclos de formación y en el final del ciclo de vida envejecimiento protocolo. La capacidad de re-lithiate la RE obtener SIDA datos EIS en seguimiento preciso de la impedancia cambia en cada electrodo.
Figura 1. Representación esquemática y visual de la Asamblea de preparación y de la célula del alambre de referencia
(a) cobre jig utilizado para montar los cables de referencia para pelar hacia fuera el polímero capa, (b) un esquema de proceso de pelado que indica el posicionamiento de la plantilla dentro del vaso para facilitar extracción parcial de los cables para exponer la capa de Sn. La solución de extracción se mantiene a 85 ° C. La plantilla no es completamente inmerso en la solución de modo que solamente una porción del alambre es despojada de la capa de polímero. Se corta el alambre en el centro de la parte crear para separar los cables con puntas de metal expuestos. (c) esquemáticamente el diseño de accesorio de celulares mostrando la posición de los electrodos de referencia. La célula contiene referencia metal Li colocado cerca de la pila de la célula y los cables de referencia Li/Sn situados en el centro de la pila de la célula. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2. Perfiles de voltaje de la célula completa, electrodos positivos y negativos
(a) Perfil el voltaje de la célula completa en el primer y segundo ciclos entre 3 y 4.4 V y los perfiles correspondientes de lo positivo y el negativo electrodos vs Li, Li+ se muestra en (b) y (c) respectivamente. Mientras que la célula completa barre entre 3 y 4.3 V, el positivo experimenta tensiones entre 3.7 y 4.5 V. La negativa somete a cambios de voltaje entre 0.7 y 0.05 V. El cable de referencia Li permite el seguimiento cercano de los electrodos individuales y facilita sondear las reacciones redox electroquímico sobre la superficie de los electrodos individuales. La meseta en cada perfil indica precisamente el voltaje (vs Li / Li+) en el cual litiación / de litiación ocurre en un electrodo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3. Espectros de impedancia electroquímica de electrodos positivos y negativos de la célula completa
Espectros de CA - EIS de todos el celular completo y los electrodos individuales vs RE después de ciclos de formación (a) y (b) 100 ciclos. Los datos EIS se obtienen en situ lithiating Sn alambre colocado entre los electrodos. Así, un electrodo de referencia estable puede utilizarse para obtener la impedancia de cada electrodo puesto que a diferencia de metal Li, la contribución a la impedancia de este alambre fino es insignificante proporciona comportamiento preciso del electrodo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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Discussion
Figura 2a es el perfil de voltaje de la célula completo mientras figura 2b y 2C muestran perfiles de voltaje correspondiente al positivo y el electrodo negativo vs par Li, Li+ , mientras que la celda completa es un ciclo de entre 3 y 4.4 V. Se aprecia que mientras la célula completa explora entre 3 y 4.4 V, el electrodo positivo experimenta tensiones entre 3.65 V y V del 4.45 y el electrodo negativo entre 0,65 V y 0.05 V vs. Li, Li+ respectivamente. Durante la carga, el potencial (vs Li, Li+) de los aumentos positivos indicando la litiación de y el electrodo negativo (vs Li, Li+) disminuye la litiación indicando. En la primera carga como el potencial del electrodo negativo alcanza ~ 1.1 V, hay un cambio de pendiente y una pequeña meseta de potencial. Esto se atribuye a la reducción de la FEC en el electrólito18,19,20, formando una capa interfacial consumo Li-iones de irreversible. Capacidad disminuida durante la descarga posterior se muestra una histéresis de tensión en el perfil. La histéresis se refleja en el perfil del electrodo positivo y el de la célula completa también. Los perfiles de potenciales de electrodos individuales se obtienen como el Aux1 y Aux2 datos desde el electrodo de referencia de metal Li (paso 3.2).
Figura 3a y 3b representan la Mia de la célula completa después de ciclos de formación y al final del protocolo recogido usando alambre de Sn lithiated como RE como se menciona en el paso 3.3 (las medidas según el paso 3.4). La amplitud de voltaje mV 5 durante la medición de la EIS no activar reacciones electroquímicos redox y sólo la respuesta de impedancia se puede obtener. La frecuencia es variada entre 10 mHz y 1 MHz. impedancia alta frecuencia proporciona información del comportamiento óhmico y interfacial y valores de la impedancia de frecuencias medias indican respuesta a granel. La información sobre los coeficientes de difusión de los iones puede obtenerse de la región de baja frecuencia que aparece como una línea recta. Cálculos relacionados con deconvolución de la información de los espectros se pueden obtener de varios artículos de literatura21,22,de23,24. Puede verse que hay un aumento significativo en la impedancia de la célula completa (curva negra). Los datos de impedancia de electrodos positivos y negativos individuales también han sido trazados como curvas azules y rojas respectivamente. Mientras que el electrodo negativo muestra menor de edad o no subida de impedancia, el aumento en la impedancia positiva es significativo lo que implica que el aumento de la impedancia celular completo predominante proviene de cambios en la impedancia positiva.
Impedancia electroquímica de la pareja con metal de Li son diferentes de una prístina superficie de Li tiene una contribución no cuantificables en los datos. In situ la litiación de una referencia secundaria de Cu/Sn alambre formas metaestables Lixaleaciones Sn, cuyos potenciales químicos son cerca de metal Li. Las ventajas de los potenciales de electrodo estable y ser capaces de colocar el cable entre el sándwich de electrodo facilitan este diseño confiable para la obtención de espectros de impedancia de un par de electrodos de referencia. La eficacia de esta técnica de electrodo de referencia se entiende cuando se grafican los datos de impedancia de los electrodos individuales.
Una importante contribución a la impedancia de esta pareja viene desde el electrodo ya que las películas no se espera que en la superficie de la Lixcable Sn. Seguimiento preciso de los cambios de impedancia en el electrodo puede facilitarse a través de formación en situ del electrodo de referencia. Puesto que las aleaciones de SnxLi son metaestables, se someten a delithiation constante en el tiempo para obtener puro electrodo de Sn. Sin embargo, la cinética de la uno mismo - descarga son extremadamente lentas (> 200 horas para delithiation completa), facilitando la composición casi constante y potencial a lo largo de la colección de los espectros de impedancia (período de tiempo ~ 0,5 horas para cada electrodo). Esta técnica, por lo tanto, proporciona datos fiables de EIS en comparación con otras técnicas debido a la colocación del alambre de referencia, la tensión de la fase de SnxLi, etc. que hacen de los datos afectados por pérdidas óhmicas y densidad de corriente inhomogeneidades. A pesar de gran eficacia en la técnica, la inestabilidad y la baja vida de anaquel de la LixSn alambre debido a la descarga ha sido la única limitación puesto que requiere re-litiación del alambre Sn para medidas más allá de 200 horas. Aunque la capacidad perdida en lithiating Sn cable es bajo comparada con la capacidad de la célula, re-litiación periódica sobre las medidas a largo plazo puede alterar el estado de carga del electrodo positivo.
El enfoque puede utilizarse potencialmente para informarse en situ sobre el comportamiento del electrodo durante el envejecimiento de una batería. Ciclismo de una celda en condiciones de voltaje extremas incrementan las posibilidades de galjanoplastia de Li en el electrodo negativo, causando graves problemas de seguridad. Experimentos adicionales están en marcha para comprender la ocurrencia de la galjanoplastia de Li mediante el desarrollo de protocolos para inicio de la deposición de Li. Además, alambre de Sn con otros metales como el Na o Mg de la aleación pueden ampliar la aplicación de esta técnica a otros químicos de batería de nueva generación tales como iones de Na y las baterías de iones de Mg.
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Disclosures
Los autores no tienen nada que revelar.
Acknowledgments
Los autores reconocen el apoyo financiero del Departamento de energía de Estados Unidos, oficina de eficiencia energética y energía renovable.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Insulstrip 220 | Ambion Corporation | 081607-1 | |
| Sodium Hydroxide (23 wt%) | Ambion Corporation | 1310-73-2 | Contents of Insulstrip 220 |
| Furfuryl Alcohol (10 wt%) | Ambion Corporation | 98-00-0 | Contents of Insulstrip 220 |
| NCM523 | TODA America | NM4100 | |
| C-45 | Timcal Inc. | ||
| polyvinylidene fluoride (PVdF) | Sigma Aldrich | 427152 | |
| Sn over Cu wire | Kanthal | MELT # 24633 | Custom ordered |
| Battery cycler | Maccor USA | Series 2300 | |
| Potentiostat | Solartron Analytical | 1470 E |
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