Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

The study of heterocomposite electrolyte preparation by in-situ method

Małgorzata Stempień

Abstract

Introduction Battery industry are of the most growing sectors of the global economic market. Introduced by Sony, the first commercial lithium-ion cells are essential to improve and modify the technology aimed at improving their properties (eg. capacity, cycle life). These modifications apply to both electrodes and electrolytes with different additives improving their properties. Also, the miniaturization and scaling up with increasing battery capacity is desirable due to the increasing interest in electric vehicles with lithium-ion batteries. Result and discussion The aim of this study was to develop a methodology for the preparation of electrolytes based on methylalumoxane (MAO) heterocomposite system, using the in-situ method and to investigate their properties. The advantages of this method was ability to produce a thin, uniform layer of electrolyte directly on the surface of the lithium electrode. MAO is the organometallic compound, which acts similar to the ceramic fillers purpose of. Adding this type of compound is to improve the properties exhibited by the electrolyte, especially to achieve the increase in ionic conductivity and better mechanical properties. Subject of the research was chosen as a cross-linked electrolyte being substituted methylalumnoxane, with monofunctional poly (ethylene glycols) (PEGME) with variety chain lengths (average molecular weight 300 and 750), and containing a lithium salt (LiCF3SO3). It underwent a number of studies have demonstrated its properties. For comparison the same measurements were performed in two branched electrolytes with different numbers of substituted monofunctional poly (ethylene glycols) having an average molar mass of compound 750 to methylalumoxane (MAO ratio to PEGME is 1:6 and 1:10). Each sample underwent the same series of tests: the stability of passivation layers, ion conductivity, measurements of the lithium transfer number, cycling and diffusion measurements. In addition, cross-linked electrolyte layer deposited on a lithium electrode was subjected to Raman spectroscopy study. Conclusion Analyzing the studies found that it is possible to produce very thin, uniform layer of electrolyte on the lithium electrode surface using in-situ method. Produced membrane is susceptible to mechanical damage during preparation of the cell. Mapping results using Raman spectroscopy confirmed that the electrolyte layer is very thin and homogeneous with uniformly distributed salt. However, during the conduct of the other studies showed inferior properties compared with branched electrolytes embedded in the separator, among others they have a lower number of transfer of cations and are too unstable for a long time of polarization. Perhaps the improvement of the properties will be using other electrode materials than pure metallic lithium.
Record ID
WUTcf82ce8cc4d042beb03814c2367feb91
Diploma type
Master of Science
Author
Małgorzata Stempień Małgorzata Stempień,, Undefined Affiliation
Title in Polish
Badanie przygotowania elektrolitów heterokompozytowych metodą in-situ
Supervisor
Maciej Siekierski (FC/CofIC) Maciej Siekierski,, Chair Of Inorganic Chemistry (FC/CofIC)Faculty of Chemistry (FC)
Certifying unit
Faculty of Chemistry (FC)
Affiliation unit
Chair Of Inorganic Chemistry And Solid State Technology (FC/CofIC)
Study subject / specialization
, Technologia Chemiczna
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
17-01-2012
Issue date (year)
2012
Keywords in Polish
-
Keywords in English
-
Abstract in Polish
Wprowadzenie Przemysł bateryjny jest obecnie jedna z bardziej rozwijających się gałęzi światowego rynku gospodarczego. Wprowadzone przez firmę Sony pierwsze komercyjne ogniwa litowo-jonowe są bazą do ulepszania i modyfikowania tej technologii mającej na celu polepszenie ich właściwości (np. pojemności, żywotności). Modyfikacje te dotyczą zarówno elektrod jak i elektrolitów stosując różne dodatki polepszające ich właściwości. Miniaturyzacja jak i zwiększanie rozmiaru baterii przy zwiększeniu ich pojemności jest pożądana ze względu na coraz większe zainteresowanie pojazdami elektrycznymi z akumulatorami litowo-jonowymi. Wyniki i dyskusje Celem tej pracy było opracowanie metodyki przygotowania heterokompozytowych elektrolitów na bazie metyloalumoksanów (MAO), za pomocą metody in-situ oraz zbadanie wykazywanych przez nie właściwości. Zaletami wykorzystania tej metody była możliwość wytworzenia cienkiej, jednolitej warstwy elektrolitu bezpośrednio na powierzchni elektrody litowej. MAO jest związkiem metaloorganicznym, który pełni funkcję analogiczną do dodatków ceramicznych. Dodanie tego typu związku ma na celu polepszenie właściwości wykazywanych przez elektrolit, przede wszystkim zwiększenie przewodności jonowej i poprawy właściwości mechanicznych. Badanym elektrolitem usieciowanym był metyloalumoksan podstawiony monometoksypoli(glikolami etylenowymi) (PEGME) o różnych długościach łańcucha (o średniej masie molowej 300 oraz 750), oraz zawierający sól trifluorometanosulfoniamu litu (LiCF3SO3). Przeprowadzono na nim szereg badań mających wykazać jego właściwości. Dla porównania te same pomiary przeprowadzono na dwóch elektrolitach rozgałęzionych o różnej liczbie podstawionych monometoksypoli(glikoli etylenowych) o średniej masie molowej 750 do związku metyloalumoksanu (stosunek MAO do PEGME to 1:6 oraz 1:10). Każda próbka przeszła szereg tych samych badań: stabilność warstwy pasywacyjnej, pomiary przewodności jonowej, pomiary liczby przenoszenia kationów litowych, cyklowanie galwanostatyczne oraz pomiary współczynnika dyfuzji. Dodatkowo warstwę usieciowanego elektrolitu naniesioną na elektrodę litową poddano badaniu spektroskopii Ramana. Wnioski Analizując przeprowadzone badania stwierdzono, że istnieje możliwość wytworzenia bardzo cienkiej, jednolitej warstwy elektrolitu na powierzchni elektrody litowej wykorzystując metodę in-situ. Wytworzona membrana jest podatna na uszkodzenia mechaniczne podczas preparowania celi. Wyniki mapowania za pomocą spektroskopii Ramana potwierdziły iż warstwa elektrolitu jest jednorodna z równomiernie rozłożoną solą oraz bardzo cienka. Jednak podczas przeprowadzania innych badań wykazywały gorsze właściwości w porównaniu z elektrolitami rozgałęzionymi osadzonymi na separatorze, m. in. posiadają one niższą liczbę przenoszenia kationów oraz są niestabilne przy zbyt długim czasie polaryzacji. Być może polepszenie właściwości nastąpi przy zastosowaniu innych materiałów elektrodowych niż czysty, metaliczny lit.
File
  • File: 1
    Praca dyplomowa.docx
Request a WCAG compliant version

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/master/WUTcf82ce8cc4d042beb03814c2367feb91/
URN
urn:pw-repo:WUTcf82ce8cc4d042beb03814c2367feb91

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page