Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Electrochemical properties of selected electrode materials used in lithium-ion batteries

Maciej Smoliński

Abstract

The aim of this research was to examine the electrochemical properties of intercalation material – lithium-titanium oxide Li4Ti5O12 which was synthesized in two different ways: using sol-gel method and spray drying method. In my research I used variety of electrochemical methods, such as chronopotentiometry, cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) to establish the performance of lithum-ion cells. All parameters received in this analysis allowed me to determine which of those two materials demonstrate better electrochemical properties and could possibly be used in commercial cells. Better performance has been shown by lithium-titanium oxide synthetized by spray drying method. It was able to obtain higher capacity than Li4Ti5O12 synthetized by sol-gel method. Higher diffusion ratio of Li+ ions inside of LTO crystal in relation to lithium-titanium oxide synthetized using sol-gel method shows good ionic conductivity whereas high potential gradient between electrodes shows worse conductivity of electrons. Electrochemical properties of lithium-titanium oxide are highly dependent of its structure and morphology, which is connected to method of synthesis. To obtain an intercalation material that possess good working parameters synthesis must lead to receive small grain sizes in the structure of material, without tendency to agglomeration. It is also important to create a balance between good ionic conductivity and good electronic conductivity.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Maciej Smoliński (FC) Maciej Smoliński,, Faculty of Chemistry (FC)
Title in Polish
Właściwości elektrochemiczne wybranych materiałów elektrodowych stosowanych w akumulatorach litowo-jonowych
Supervisor
Władysław Wieczorek (FC/CofIC) Władysław Wieczorek,, Chair Of Inorganic Chemistry (FC/CofIC)Faculty of Chemistry (FC)
Certifying unit
Faculty of Chemistry (FC)
Affiliation unit
Chair Of Inorganic Chemistry (FC/CofIC)
Study subject / specialization
, Technologia Chemiczna
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
31-01-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Andrzej Czerwiński (FC) Andrzej Czerwiński,, Faculty of Chemistry (FC) Władysław Wieczorek (FC/CofIC) Władysław Wieczorek,, Chair Of Inorganic Chemistry (FC/CofIC)Faculty of Chemistry (FC)
Keywords in Polish
ogniwo litowo-jonowe, interkalacja, deinterkalacja, tlenek litowo-tytanowy, struktura spinelu, materiał anodowy, elektrochemia
Keywords in English
lithium-ion cell, intercalation, deintercalation, lithium-titanium oxide, spinel structure, anode material, electrochemistry
Abstract in Polish
Celem poniższej pracy inżynierskiej było zbadanie właściwości elektrochemicznych materiału elektroaktywnego jakim jest tlenek litowo-tytanowy (Li4Ti5O12, LTO) w zależności od sposobu jego syntezy. W badaniach wykorzystałem LTO syntezowany metodą suszenia rozpyłowego oraz metodą żel-zol. Przy użyciu technik pomiarowych, takich jak chronopotencjometria, chronowoltamperometria cykliczna i eletrochemiczna spektroskopia impedancyjna (EIS) udało mi się wyznaczyć parametry materiału aktywnego, takie jak pojemność właściwa, odporność na kolejne cykle ładowania i rozładowania, odporność na działanie prądów o wysokim natężeniu oraz współczynnik dyfuzji jonów litowych wewnątrz kryształu LTO. Parametry te pozwoliły określić, który z badanych materiałów wykazuje korzystniejsze właściwości elektrochemiczne pod względem zastosowania w ogniwach oraz wytłumaczyły przyczyny różnic w pracy obu materiałów. Znacznie lepszymi parametrami pracy w badanych układach litowo-jonowych wykazał się tlenek Li4Ti5O12 syntezowany metodą suszenia rozpyłowego. Materiał ten był w stanie zgromadzić więcej ładunku podczas procesu ładowania, niż tlenek syntezowany metodą żel-zol. Wyższy współczynnik dyfuzji jonów Li+ wewnątrz kryształu LTO, w porównaniu do materiału syntezowanego metodą żel-zol pokazuje dobre przewodnictwo jonowe tlenku, natomiast wysoka różnica potencjałów między elektrodami ukazuje jego słabsze przewodnictwo elektronowe. Przyczyną wystąpienia różnic we właściwościach elektrochemicznych tlenku litowo-tytanowego syntezowanego dwoma różnymi sposobami należy doszukiwać się w odmienności struktur obu badanych materiałów. W celu polepszenia pracy materiału elektroaktywnego należy planować syntezę w taki sposób, aby w jego strukturze znajdowały się ziarna o małych rozmiarach, które nie tworzą aglomeratów. Ważne jest również, aby uzyskać pewnego rodzaju balans pomiędzy dobrą przewodnością elektronową a dobrą przewodnością jonową materiału.
File
  • File: 1
    praca_inż._Maciej_Smoliński_278481.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 30031

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTcd94cdd152f04bb088358aa17be254e8/
URN
urn:pw-repo:WUTcd94cdd152f04bb088358aa17be254e8

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page