Электроосаждение лития в присутствии поверхностно-активных веществ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Целью работы являлось исследование возможности подавления образования дендритов металлического лития в процессе работы вторичных литиевых источников тока, в том числе с металлическим литиевым анодом. Методами транзиентов тока и электрохимического импеданса исследовано электрохимическое осаждение лития на электроды из меди и лития в присутствии и в отсутствие двух поверхностно-активных веществ, бромида цетилтриметиламмония и бромида гексадецилпиридиния. Использовался типичный для литий-ионных аккумуляторов электролит на основе гексафторфосфата лития и смеси этиленкарбоната (EC) и диэтилкарбоната (DEC). Было показано, что существенное влияние на процесс электроосаждения оказывает присутствие так называемого слоя SEI (solid electrolyte interphase, твердоэлектролитная интерфаза) на поверхности электродов. Также было показано, что механизмы электроосаждения лития на медном и литиевом электродах отличаются. Можно предположить, что наблюдаемый эффект поверхностно-активных веществ на дендритообразование связан не с адсорбцией поверхностно-активных веществ на литии и блокированием роста осадков, а с влиянием поверхностно-активных веществ на свойства слоя SEI, образующегося на этих металлах.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. С. Алпатов

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Химический факультет

Email: osemenik@elch.chem.msu.ru
Россия, Москва

Ф. А. Васильев

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Химический факультет

Email: osemenik@elch.chem.msu.ru
Россия, Москва

В. Х. Алешина

Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева

Email: osemenik@elch.chem.msu.ru
Россия, Москва

Т. А. Ваграмян

Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева

Email: osemenik@elch.chem.msu.ru
Россия, Москва

О. А. Семенихин

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Химический факультет

Автор, ответственный за переписку.
Email: osemenik@elch.chem.msu.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Chen, S.R., Dai, F., and Cai, M., Opportunities and Challenges of High-Energy Lithium Metal Batteries for Electric Vehicle Applications, ACS Energy Lett., 2020, vol. 5, p. 3140.
  2. Liu, D.H., Bai, Z.Y., Li, M., Yu, A.P., Luo, D., Liu, W.W., Yang, L., Lu, J., Amine, K., and Chen, Z.W., Developing high safety Li-metal anodes for future high-energy Li-metal batteries: strategies and perspectives, Chem. Soc. Rev., 2020, vol. 49, p. 5407.
  3. Qin, K., Holguin, K., Mohammadiroudbari, M., Huang, J., Kim, E. Y. S., Hall, R., and Luo, C., Strategies in Structure and Electrolyte Design for High-Performance Lithium Metal Batteries, Adv. Funct. Mater., 2021, 31, p. 2009694.
  4. Besenhard, J.O., Gürtler, J., Komenda, P., and Paxinos, A., Corrosion protection of secondary lithium electrodes in organic electrolytes, J. Power Sources, 1987, vol. 20, p. 253.
  5. Dai, H.L., Xi, K., Liu, X., Lai, C., and Zhang, S.Q., Cationic Surfactant-Based Electrolyte Additives for Uniform Lithium Deposition via Lithiophobic Repulsion Mechanisms, J. Am. Chem. Soc., 2018, vol. 140, p. 17515.
  6. Scharifker, B. and Hills, G., Theoretical and experimental studies of multiple nucleation, Electrochim. Acta, vol. 28, p. 879.
  7. Scharifker, B.R., Mostany, J., Palomar‐Pardavé, M., and González, I., On the Theory of the Potentiostatic Current Transient for Diffusion‐Controlled Three‐Dimensional Electrocrystallization Processes, J. Electrochem. Soc., 1999, vol. 146, p. 1005.
  8. Heiskanen, S.K., Kim, J., and Lucht, B.L., Generation and Evolution of the Solid Electrolyte Interphase of Lithium-Ion Batteries, Joule, 2019, vol. 3, p. 2322.
  9. Wu, H., Jia, H., Wang, C., Zhang, J.-G., and Xu, W., Recent Progress in Understanding Solid Electrolyte Interphase on Lithium Metal Anodes, Adv. Energy Mater., 2021, vol. 11, p. 2003092.
  10. Fedorov, R. G., Maletti, S., Heubner, C., Michaelis, A., and Ein-Eli, Y., Molecular Engineering Approaches to Fabricate Artificial Solid-Electrolyte Interphases on Anodes for Li-Ion Batteries: A Critical Review, Adv. Energy Mater., 2021, vol. 11, p. 2101173.
  11. Kang, D.M., Xiao, M.Y., and Lemmon, J.P., Artificial Solid-Electrolyte Interphase for Lithium Metal Batteries, Batteries & Supercaps, 2021, vol. 4, p. 445.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Структурные формулы использованных ПАВ: (а) бромид цетилтриметиламмония; (б) бромид гексадецилпиридиния.

Скачать (41KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Характерный вид транзиентов плотности тока для электроосаждения лития на электроды из (а) меди и (б) лития. Потенциал –0.04 В (Cu) и –0.06 В (Li). Электролит без добавок ПАВ.

Скачать (101KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Характерный вид годографов импеданса для электроосаждения лития на электродах из (а) меди и (б) лития. Кривая 1 измерена до электроосаждения, 2 – после электроосаждения, и 3 – после анодного стравливания осадка. Потенциал –0.055 В (Cu) и –0.075 В (Li). Электролит без добавок ПАВ.

Скачать (151KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Эволюция транзиентов плотности тока от потенциала для электроосаждения лития на электрод из меди. (а) Электролит без добавок ПАВ; (б) с добавкой C₁₆Me₃Br; (в) с добавкой C₁₆PyBr. Потенциалы: (а) 1 – –0.03 В, 2 – –0.04 В, 3 – –0.05 В, 4 – –0.055 В, 5 – –0.065 В; (б) 1 – –0.03 В, 2 – –0.04 В, 3 – –0.05 В, 4 – –0.055 В, 5 – –0.07 В, 6 – –0.09 В; (в) 1 – –0.03 В, 2 – –0.04 В, 3 – –0.05 В, 4 – –0.09 В.

Скачать (193KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Эволюция годографов импеданса для электроосаждения лития на электрод из меди. Электролит без добавок ПАВ. Импедансы измерены после электроосаждения при потенциалах: 1 – 0.03 В, 2 – 0.04 В, 3 – 0.055 В.

Скачать (71KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Эволюция транзиентов плотности тока от потенциала для электроосаждения лития на электроде из лития. (а) Электролит без добавок ПАВ; (б) с добавкой C₁₆Me₃Br; (в) с добавкой C₁₆PyBr. Потенциалы: (а) 1 – –0.04 В, 2 – –0.06 В, 3 – –0.07 В, 4 – –0.085 В; (б) 1 – –0.04 В, 2 – –0.055 В, 3 – –0.06 В, 4 – –0.07 В; (в) 1 – –0.04 В, 2 – –0.05 В, 3 – –0.065 В, 4 – –0.07 В.

Скачать (196KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Эволюция годографов импеданса для электроосаждения лития на электроде из лития. (а) Электролит без добавок ПАВ; (б) с добавкой C₁₆Me₃Br; (в) с добавкой C₁₆PyBr. Потенциалы: (а) 1 – –0.07 В, 2 – –0.075 В, 3 – –0.11 В; (б) 1 – –0.03 В, 2 – –0.035 В, 3 – –0.05 В, 4 – –0.06 В; (в) 1 – –0.06 В, 2 – –0.065 В, 3 – –0.07 В, 4 – –0.08 В. Импедансы измерены после электроосаждения лития. На врезке рис. 7 (б) показана увеличенная область начала годографов в области высоких частот.

Скачать (278KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Сравнение транзиентов плотности тока для электролитов без добавки и с добавками ПАВ при (а) небольших перенапряжениях и (б) значительных перенапряжениях. (1) Электролит без добавок ПАВ; (2) с добавкой C₁₆Me₃Br; (3) с добавкой C₁₆PyBr. Потенциалы: (1, а) –0.04 В, (1, б) –0.06 В, (2, а) –0.04 В, (2, б) –0.06 В, (3, а) –0.04 В, (3, б) –0.07 В.

Скачать (135KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024