Academic literature on the topic 'Batteries aux ions lithium'
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Journal articles on the topic "Batteries aux ions lithium"
1
Takeda, Sahori, Yuria Saito, and Hideya Yoshitake. "Restricted Diffusion of Lithium Ions in Lithium Secondary Batteries." Journal of Physical Chemistry C 124, no. 47 (November 13, 2020): 25712–20. http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpcc.0c07693.
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2
Cheng, Xin-Bing, Ting-Zheng Hou, Rui Zhang, Hong-Jie Peng, Chen-Zi Zhao, Jia-Qi Huang, and Qiang Zhang. "Lithium Batteries: Dendrite-Free Lithium Deposition Induced by Uniformly Distributed Lithium Ions for Efficient Lithium Metal Batteries (Adv. Mater. 15/2016)." Advanced Materials 28, no. 15 (April 2016): 2845. http://dx.doi.org/10.1002/adma.201670099.
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3
Cheng, Xin-Bing, Ting-Zheng Hou, Rui Zhang, Hong-Jie Peng, Chen-Zi Zhao, Jia-Qi Huang, and Qiang Zhang. "Dendrite-Free Lithium Deposition Induced by Uniformly Distributed Lithium Ions for Efficient Lithium Metal Batteries." Advanced Materials 28, no. 15 (February 22, 2016): 2888–95. http://dx.doi.org/10.1002/adma.201506124.
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4
Yim, Haena, Seung-Ho Yu, So Yeon Yoo, Yung-Eun Sung, and Ji-Won Choi. "Li Storage of Calcium Niobates for Lithium Ion Batteries." Journal of Nanoscience and Nanotechnology 15, no. 10 (October 1, 2015): 8103–7. http://dx.doi.org/10.1166/jnn.2015.11291.
Full textAbstract:
New types of niobates negative electrode were studied for using in lithium-ion batteries in order to alternate metallic lithium anodes. The potassium intercalated compound KCa2Nb3O10 and proton intercalated compound HCa2Nb3O10 were studied, and the electrochemical results showed a reversible cyclic voltammetry profile with acceptable discharge capacity. The as-prepared KCa2Nb3O10 negative electrode had a low discharge capacity caused by high overpotential, but the reversible intercalation and deintercalation reaction of lithium ions was activated after exchanging H+ ions for intercalated K+ ions. The initial discharge capacity of HCa2Nb3O10 was 54.2 mAh/g with 92.1% of coulombic efficiency, compared with 10.4 mAh/g with 70.2% of coulombic efficiency for KCa2Nb3O10 at 1 C rate. The improved electrochemical performance of the HCa2Nb3O10 was related to the lower bonding energy between proton cation and perovskite layer, which facilitate Li+ ions intercalating into the cation site, unlike potassium cation and perovskite layer. Also, this negative material can be easily exfoliated to Ca2Nb3O10 layer by using cation exchange process. Then, obtained two-dimensional nanosheets layer, which recently expected to be an advanced electrode material because of its flexibility, chemical stable, and thin film fabricable, can allow Li+ ions to diffuse between the each perovskite layer. Therefore, this new type layered perovskite niobates can be used not only bulk-type lithium ion batteries but also thin film batteries as a negative material.
5
Qu, Jiale, Jiewen Xiao, Tianshuai Wang, Dominik Legut, and Qianfan Zhang. "High Rate Transfer Mechanism of Lithium Ions in Lithium–Tin and Lithium–Indium Alloys for Lithium Batteries." Journal of Physical Chemistry C 124, no. 45 (November 2, 2020): 24644–52. http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpcc.0c07880.
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6
Zhao, Chen-Zi, Xue-Qiang Zhang, Xin-Bing Cheng, Rui Zhang, Rui Xu, Peng-Yu Chen, Hong-Jie Peng, Jia-Qi Huang, and Qiang Zhang. "An anion-immobilized composite electrolyte for dendrite-free lithium metal anodes." Proceedings of the National Academy of Sciences 114, no. 42 (October 2, 2017): 11069–74. http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1708489114.
Full textAbstract:
Lithium metal is strongly regarded as a promising electrode material in next-generation rechargeable batteries due to its extremely high theoretical specific capacity and lowest reduction potential. However, the safety issue and short lifespan induced by uncontrolled dendrite growth have hindered the practical applications of lithium metal anodes. Hence, we propose a flexible anion-immobilized ceramic–polymer composite electrolyte to inhibit lithium dendrites and construct safe batteries. Anions in the composite electrolyte are tethered by a polymer matrix and ceramic fillers, inducing a uniform distribution of space charges and lithium ions that contributes to a dendrite-free lithium deposition. The dissociation of anions and lithium ions also helps to reduce the polymer crystallinity, rendering stable and fast transportation of lithium ions. Ceramic fillers in the electrolyte extend the electrochemically stable window to as wide as 5.5 V and provide a barrier to short circuiting for realizing safe batteries at elevated temperature. The anion-immobilized electrolyte can be applied in all–solid-state batteries and exhibits a small polarization of 15 mV. Cooperated with LiFePO4 and LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 cathodes, the all–solid-state lithium metal batteries render excellent specific capacities of above 150 mAh⋅g−1 and well withstand mechanical bending. These results reveal a promising opportunity for safe and flexible next-generation lithium metal batteries.
7
Kim, Yang-Soo, Yonghoon Cho, Paul M. Nogales, and Soon-Ki Jeong. "NbO2 as a Noble Zero-Strain Material for Li-Ion Batteries: Electrochemical Redox Behavior in a Nonaqueous Solution." Energies 12, no. 15 (August 1, 2019): 2960. http://dx.doi.org/10.3390/en12152960.
Full textAbstract:
Lithium-ion batteries are widely available commercially and attempts to extend the lifetime of these batteries remain necessary. The energy storage characteristics of NbO2 with a rutile structure as a material for the negative electrode of lithium-ion batteries were investigated. When negative potential was applied to the NbO2 electrode during application of a constant current in a nonaqueous solution containing lithium ions, these ions were inserted into the NbO2. Conversely, upon application of positive potential, the inserted lithium ions were extracted from the NbO2. In situ X-ray diffraction results revealed that the variation in the volume of NbO2 accompanying the insertion and extraction of lithium was 0.14%, suggesting that NbO2 is a zero-strain (usually defined by a volume change ratio of 1% or less) active material for lithium-ion batteries. Moreover, the highly stable structure of NbO2 allows the corresponding electrode to exhibit excellent cycling performance and coulombic efficiency.
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Zheng, Jiaxin, Jun Lu, Khalil Amine, and Feng Pan. "Depolarization effect to enhance the performance of lithium ions batteries." Nano Energy 33 (March 2017): 497–507. http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2017.02.011.
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9
Wang, Bo, Sunrui Luan, Yi Peng, Junshuang Zhou, Li Hou, and Faming Gao. "High electrochemical performance of Fe2O3@OMC for lithium-ions batteries." Nanotechnology 32, no. 12 (December 31, 2020): 125403. http://dx.doi.org/10.1088/1361-6528/abcd65.
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10
Li, Linge, Mingchao Wang, Jian Wang, Fangmin Ye, Shaofei Wang, Yanan Xu, Jingyu Liu, et al. "Asymmetric gel polymer electrolyte with high lithium ion conductivity for dendrite-free lithium metal batteries." Journal of Materials Chemistry A 8, no. 16 (2020): 8033–40. http://dx.doi.org/10.1039/d0ta01883j.
Full textDissertations / Theses on the topic "Batteries aux ions lithium"
1
Safari, Mohammadhosein. "Vieillissement des batteries à ions lithium : étude expérimentale et modélisation." Amiens, 2011. http://www.theses.fr/2011AMIE0106.
Full textAbstract:
L’objectif de ce travail de thèse est l’étude du vieillissement et la prédiction de durée de vie des batteries à ions lithium sous différentes conditions d’utilisation. Deux approches ont été développées : une première, de nature empirique, basée sur des concepts empruntés au domaine de la mécanique et une deuxième utilisant un modèle physico-chimique pour une analyse approfondie de données expérimentales de vieillissement. Dans un modèle physico-chimique, un système d’équations décrivant les principaux phénomènes cinétiques et de transport au sein de la batterie est résolu et permet de simuler le comportement de cette dernière sous différentes conditions d’utilisation. Les phénomènes de vieillissement peuvent de surcroît y être intégrés de manière à simuler les pertes de performance de la batterie au cours du temps. Une originalité de ce travail a été d’évaluer la capacité de prédiction d’une méthodologie empirique à partir d’expériences numériques réalisées à l’aide d’un modèle physico-chimique de vieillissement d’une batterie graphite/LiCoO2 où une seule source de vieillissement a été considérée [i. E. , la croissance d’une interphase solide/électrolyte (SEI) à l’électrode de graphite]. Nous avons ainsi démontré que la loi de « Palmgren Miner » (PM), utilisée dans les études de fatigue mécanique, est appropriée et précise pour évaluer l’endommagement de la batterie numérique considérée dans ce travail. Une autre loi de cumul de dommages au cours du temps a également été proposée et validée. Des méthodologies basées sur ces deux lois de cumul ont été mises en œuvre de manière à prédire la durée de vie de la cellule soumise à un profil de courant complexe, typique de ceux utilisés dans un véhicule électrique. Celle basée sur la loi de PM s’est révélée être légèrement plus précise. Un second volet de ce travail de thèse a consisté en l’analyse de données de vieillissement de cellules graphite/ LiFePO4 à partir d’un modèle physico-chimique. Les pertes de performance de la cellule durant un an de cyclage ou stockage à 25 ou 45°C ont été mesurées périodiquement à l’aide de méthodes électrochimiques non invasives, et les mécanismes de vieillissement ont ensuite été étudiés à l’aide d’analyses postmortem et de simulations des données recueillies en cours de vieillissement à l’aide d’un modèle physico-chimique. Quelles que soient les conditions de test, le vieillissement se manifeste majoritairement par une diminution de la capacité alors que l’augmentation d’impédance est faible voire négligeable. La perte de capacité est plus élevée à 45°C qu’à 25°C et à une même température, les tests en cyclage sont plus dégradant que ceux en stockage. Une analyse approfondie des mécanismes de perte de capacité au cours du cyclage ou stockage a été menée en ajustant certains des paramètres du modèle physico-chimique de la batterie à différents états de vieillissement. Le modèle physico-chimique utilisé a été développé et validé sur cellule non vieillie dans un premier temps, à partir de données de charge/décharge galavanostatique de C/10 à 1C. Il reproduit également l’effet mémoire en cyclage de la batterie, grâce à la prise en compte d’une distribution de résistances de contact au sein de l’électrode de LiFePO4 qui est ainsi traitée avec une approche « multiparticules », alors que l’électrode de graphite est modélisée avec une approche « simple particule ». Les simulations des données de vieillissement révèlent que la perte de capacité des batteries en stockage est essentiellement liée à la perte de lithium cyclable dues à des réactions parasites aux électrodes, alors que les batteries en cyclage sont également sujettes à une perte de matière active à l’électrode de graphite. Une analyse cinétique des réactions parasites aux deux électrodes a été réalisée pour les batteries en stockage. De plus, la croissance de la SEI à l’électrode de graphite au cours du stockage a été modélisée de manière à déterminer la constante de vitesse de réduction des molécules de solvant ainsi que son coefficient de diffusion dans la SEI. L’analyse des résultats en stockage montre que la croissance de la SEI est en contrôle mixte diffusionnel et cinétiqueThe focus of this dissertation is on aging and life prediction of lithium-ion batteries under different modes of operation. To this end, two different approaches are demonstrated in this thesis: the application of an empirical methodology derived from concepts used in mechanical fatigue and analysis of experimental aging data assisted by physics-based simulation. In a physics-based model, the behavior of the cell is described using a set of relevant governing equations. The cell performance can readily be simulated under different modes of operation and moreover, the explicit inclusion of aging phenomena in the set of governing equations might be used to simulate the performance fade of the cell. An originality of our work is to evaluate the prediction capability of the empirical approach using such a physics-based model of a graphite/LiCoO2 cell experiencing a single source of aging [i. E. , the growth of a solid electrolyte interphase (SEI) at the graphite electrode] as a dummy battery. We show that the empirical Palmgren-Miner rule (PM), well-known in the field of mechanical fatigue, is a valid and accurate damage-accumulation law for our case study. Additionally, we propose and validate another relationship for the loss accumulation over time. We demonstrate that the two developed methodologies can successfully predict the life of the cell under a given complex current profile with slightly better prediction ability for the case of the PM rule. The power of simulation-based analysis in aging study of Li-ion batteries is demonstrated for analyzing experimental aging data of a commercial graphite/LiFePO4 cell. Performance decay of this cell during either open-circuit-potential storage or under cycling conditions at 25 and 45°C during one year is monitored by non-destructive electrochemical techniques and is analyzed with the aid of post-mortem analyses and simulations of the cell performance over the course of aging. Data analysis reveals that the aging manifests itself more in terms of capacity loss rather than in terms of impedance increase, regardless of cycling or storage conditions and of temperature. The capacity fade is larger at 45 than at 25°C, regardless of cycling or storage conditions, and at a same temperature, cycling conditions are always more detrimental to capacity fade than storage conditions. An in-depth understanding of capacity-loss mechanism under both storage and cycling conditions is gained by refining some parameters of a mathematical model of the cell at different extents of aging. To do so, first, a simple while accurate model of the cell (without aging) is developed and validated that is able to properly account for the experimental charge/discharge (from C/10 to 1C) and path-dependence effects of the cell. In this model, the LiFePO4 electrode is treated based on a resistive-reactant concept with multiple particles whereas a single-particle approach is used to model the graphite electrode. The simulation-based analysis of the aging data reveals that the capacity fade during cell storage only results from the loss of cyclable lithium because of side reactions whereas the loss of graphite active material is an additional source of aging for the cells under cycling conditions. A simple kinetic analysis of electrode/electrolyte interactions is provided for the cells under storage conditions. Moreover, the growth of SEI at the graphite electrode under storage conditions is simulated in order to refine the solvent-reduction kinetic parameters and solvent diffusion coefficient in the SEI layer. From the analysis, it is shown that the SEI growth during storage is under mixed kinetic/diffusion control
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Mir, Caroline. "Nouveaux sulfures complexes pour application aux batteries au lithium." Electronic Thesis or Diss., Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019PSLEC037.
Full textAbstract:
Il s’agit d’un travail prospectif de recherche de nouveaux matériaux type oxysulfures qui pourraient substituer les composés couramment utilisés dans les batteries commerciales, qu’il s’agisse de batteries de téléphones ou de véhicules électriques. Il s’agira donc d’un travail exploratoire de synthèse en chimie du solide, à la recherche de phases nouvelles, en corrélation avec une évaluation par les techniques classiques de l’électrochimie du solide. Les couples à tester en premier seraient probablement formés par des éléments de transition tels que le Manganèse, le Fer et le Titane, peu coûteux et peu toxiques. L’accent final de cette thèse sera mis sur l’étude des propriétés de transport électronique et ionique dans les structures chalcogénures et oxy-chalcogénures en même temps que leur caractérisation électrochimiqueSynthesis of new oxysulfides materials for lithium ion batteries. Exploratory work on solid state synthesis, research of new phases, and study of the electrochimical properties of these new materials. Transition metals wich will be tested : Mn, Fe, Ti ... cheap and non toxic. An electronic and ionic transport study about these new materials will be done
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Recham, Nadir. "Synthèse, structure et propriétés électrochimiques de nouveaux matériaux pour batteries à ions lithium." Amiens, 2010. http://www.theses.fr/2010AMIE0111.
Full textAbstract:
Cette thèse concerne la préparation de nouveaux matériaux d’électrodes pour batteries à ions lithium via des procédés de synthèse éco-efficaces. Elle décrit tout d’abord l’élaboration des poudres de LiFePO4 selon un nouveau procédé de synthèse reposant sur l’utilisation des bases latentes; procédé qui est ensuite généralisé à la préparation d’autres matériaux d’électrodes tels LiMPO4; Li2FeSiO4 ou Na2FePO4F. Ces mêmes matériaux sont ensuite préparés par une nouvelle stratégie de synthèse bien particulière centrée sur l’utilisation de liquides ioniques. Il s’agit de la synthèse ionothermale jusque-là peu explorée en synthèse inorganique. Cette nouvelle voie de synthèse, grâce au double rôle de solvant et d’agent structurant du liquide ionique, nous a permis de préparer non seulement des poudres à texture et morphologie contrôlées de matériaux d’électrodes déjà connus mais aussi de découvrir, en la famille des fluorosulfates LiMSO4F, une nouvelle classe de composés d’insertion. L’un d’entre eux, LiFeSO4F, qui rassemble un potentiel de 3,6 V vs. Li, une capacité de 151mAh/g ainsi qu’une bonne conduction ionique se positionne comme un concurrent direct à LiFePO4 qui est aujourd’hui le matériau d’électrode le plus prisé. Bien que moins intéressant électrochimiquement, l’approche ionothermale a été généralisée à la formation des composés AMSO4F (A=Li/Na, M=Mn/Co/Ni) jamais rapportés jusque là. Cette thèse se conclut enfin par la synthèse de nouveaux complexes de bore capables de solubiliser des fluorures (LiF, NaF) ou d’agir comme agent de véhicule du fluor afin d’obtenir, via une réaction d’échange, le composé FeOF lamellaire jusque-là connu seulement sous sa forme rutileThe subject of this thesis is the preparation of new electrode materials for Li ion batteries via eco-efficient syntheses processes. It first reports the making of LiFePO4 powders according to a new synthesis process using latent bases; this process is later generalized to the preparation of other electrode materials such as LiMPO4 (M=Mn, Ni, Co), Li2FeSiO4 or Na2MnPO4F. These materials are then prepared via a new specific synthesis strategy centered on the use of ionic liquids. This is an ionothermal synthesis, hardly explored in inorganic chemistry until now. This new synthesis method, due to its dual role of solvent and structuring agent of the ionic liquid, enabled us to not only prepare powders with controlled morphology and texture from already known materials, but also to discover a new class of insertion compounds namely the family of fluorosulfates LiMSO4F. One of them, LiFeSO4F, has a potential of 3. 6V vs. Li, a capacity of 151mAh/g and a good ionic conductivity, and is a direct opponent to LiFePO4 which is today the most praised electrode material. Although less interesting from an electronic point of view, the ionothermal approach has been generalized to the formation of AMSO4F (A=Li, Na, M=Mn, Co and Ni) compounds, never reported until now. The last point of this thesis is the synthesis of new boron complexes able to solubilize fluorides with high reticular energy (LiF, NaF), or to act as a fluoride carrier in order to obtain, via an exchange reaction, the lamellar compound FeOF, which was only known in its rutile form until now
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Gillot, Frédéric. "Nouvelle classe de matériaux d'insertion à base d'entités structurales et électroniques tétraédriques : applications aux batteries à ions lithium." Montpellier 2, 2003. http://www.theses.fr/2003MON20083.
Full text
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Wakem, Fankem Walter. "Outils diagnostiques pour l’étude du LiFePO[indice inférieur 4] dans les batteries au lithium." Mémoire, Université de Sherbrooke, 2017. http://hdl.handle.net/11143/10501.
Full textAbstract:
La technologie de stockage d’énergie basée sur le lithium est largement utilisée dans le monde depuis sa première commercialisation en 1990. Bien que considérées comme l’une des technologies motrices pour le stockage d’énergie mobile et stationnaire, les batteries au lithium ne sont pas exemptes des phénomènes de vieillissement liés à leur utilisation. Le vieillissement des cellules se manifeste par une baisse importante de la capacité ainsi qu’une augmentation de la résistance interne. La compréhension des phénomènes liés à cette usure contribue à améliorer la durée de vie des cellules par des outils de 1) diagnostiques et de 2) modélisation. La modélisation de ces phénomènes repose sur des principes théoriques d’électrochimie, mais également sur des études de vieillissement accéléré des matériaux d’électrodes en laboratoire. En utilisant le lithium fer phosphate (LiFePO[indice inférieur 4]) comme matériau d’électrode positive, des outils diagnostiques ont été développé afin d’étudier le vieillissement de matériaux d’électrodes de piles boutons au lithium (Li/LFP) et aux ions lithium (C/LFP). Dans la première partie de ce mémoire, les cellules ont été optimisées à travers l’évaluation de l’effet de l’épaisseur et de la compression des électrodes sur leurs performances. Les performances optimales ont été obtenues avec des électrodes de faibles épaisseurs (~ 40 μm) ainsi qu’une compression maximale (5 à 6 espaceurs en acier inoxydable soit 2,5 mm et 3 mm d’épaisseur). L’effet de paramètres de vieillissement sur l’usure des piles boutons a par la suite été évalué. La température (25 °C et 45 °C) et la vitesse de charge/décharge (1C et 4C) ont été choisies comme paramètres de vieillissement accéléré. La spectroscopie d’impédance électrochimique (EIS), notre outil principal d’analyse, a permis de suivre l’évolution des paramètres de transfert de charge (résistances de l’électrolyte et de transfert de charge) et de masse (coefficient de diffusion des ions lithium) tout au long de l’étude. Un modèle de circuit équivalent basé sur la diffusion en coordonnées sphérique a été développé afin d’interpréter les diagrammes de Nyquist obtenus en début et en fin de vie des cellules. Des valeurs de coefficient de diffusion des ions lithium (D[indice inférieur Li+]) de l’ordre de 10-[indice supérieur 11] à 10-[indice supérieur 16] cm[indice supérieur 2]/s ont été trouvées à l’aide du modèle de diffusion sphérique exploitant le rayon des particules de LiFePO[indice inférieur 4]. La température est le paramètre ayant présenté l’effet le plus préjudiciable sur les performances des deux types de cellules, Li/LFP et C/LFP. La plus grande baisse de capacité associée évidemment à une conséquente augmentation de résistance de transfert de charge (R[indice inférieur ct]) a en effet été observé à 45 °C. L’augmentation de la R[indice inférieur ct] a été attribuée à la croissance de l’interface d’électrolyte solide (SEI) et de l’interface perméable solide (SPI) respectivement à la surface des électrodes négative et positive. L’évolution de la SEI (dissolution/reformation) a été évaluée indirectement par le suivi de l’efficacité coulombique (Eff Q). L’efficacité coulombique présente généralement des valeurs de l’ordre de 99 % au début de la vie des cellules. Cette valeur décroit graduellement tout au long de l’étude de vieillissement. Une baisse de l’efficacité coulombique de l’ordre de 50 % a été associée à une consommation d’ions lithium suite à la reformation de la SEI. Des diminutions importantes (de 99 % à 50 %) de l’Eff Q ont été observées à 45 °C, laissant supposer une instabilité de la SEI entrainant une dissolution et une reformation en continu de cette dernière dans les deux types de cellules. Dans les cellules Li/LFP à 45 °C contrairement à celles C/LFP, l’Eff Q fluctue de 99 % à 50 % mais finit par retrouver des valeurs de l’ordre de 97% à la fin de l’étude de vieillissement. Cette observation a conduit à émettre l’hypothèse selon laquelle la SEI est plus stable dans les cellules Li/LFP que dans celles C/LFP. Dans les cellules C/LFP, l’intercalation des ions Li[indice supérieur +] génère un stress dans la structure du carbone entrainant un décollement de la SEI. Le décollement de la SEI découvre des régions de l’électrode négative (EN) de carbone non protégées susceptibles de réagir avec l’électrolyte. Des ions Li[indice supérieur +] sont par conséquent utilisés lors de chaque charge afin de former la SEI sur les surfaces de l’EN nouvellement découvertes, d’où la baisse graduelle de l’Eff Q (de 99 % à 80 %) observée dans les cellules C/LFP. À la fin de l’étude de vieillissement, une analyse physico-chimique post mortem a été effectuée sur des électrodes. Les analyses de microscopie électronique à balayage (MEB) ont permis de détecter des changements de taille et de forme des particules de carbone de l’électrode négative suite à la formation de la SEI ainsi que la présence de la SPI à la surface de l’électrode positive de LiFePO[indice inférieur 4] (LFP). La diffraction des rayons X (DRX) d’électrode positive issues de cellules Li/LFP et C/LFP vieillies a permis d’évaluer les phases en présence ainsi que l’état du LFP. La structure du LFP n’a pas été altérée par le vieillissement. Les diffractogrammes d’électrodes positives issues de cellules Li/LFP n’ont montré que la phase riche en lithium (phase triphylite) confirmant l’hypothèse selon laquelle la baisse de capacité n’était pas la conséquence d’un manque d’ions lithium. Dans le cas des EP issues de cellules C/LFP, il a été observé sur les diffractogrammes la présence des phases riche (triphylite) et pauvre (hétérosite) en lithium. Cela confirme la présence insuffisante de lithium cyclable dans ces cellules à la fin de l’étude (cycle 220). La baisse de capacité enregistrée dans les cellules Li/LFP et C/LFP n’est pas due à la dégradation du LFP, mais plutôt à l’augmentation de l’impédance interne liée à la croissance de la SEI et à la consommation du lithium cyclable. Les résultats issus de ce mémoire ont été présentés au congrès de Electrochemical Society (ECS) Prime 2016 (Walter Wakem Fankem, Barzin Rajabloo, Martin Désilets, Gessie Brisard, Electrochemical Impedance Spectroscopy to Diagnose the Effect of Morphology and as A Tool to Model the Aging Process of Li Batteries, 2 – 7 Octobre 2016, HI). Ils ont également fait l’objet d’un article soumis (Barzin Rajabloo, Ali Jokar, Walter Wakem Fankem, Martin Désilets, Gessie Brisard, A New Variable Resistance Single Particle Model for Lithium Iron Phosphate Electrode, Journal of Power Sources, Avril 2017) en collaboration avec Barzin Rajabloo du groupe de recherche CREEPIUS (département de génie chimique et de génie technologique). Ledit article porte sur le développement d’un modèle de vieillissement semi-empirique de pile bouton Li/LFP basé sur un système de résistance variable.
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Zhang, Wanjie. "Etude des interfaces de batteries lithium-ion : application aux anodes de conversion." Thesis, Pau, 2014. http://www.theses.fr/2014PAUU3024/document.
Full textAbstract:
Les matériaux dits de conversion à base de Sb et Sn, utilisés comme électrodes, apparaissent comme des composés particulièrement intéressants compte tenu de leur forte capacité théorique. Le matériau TiSnSb a été récemment développé en tant qu’électrode négative pour batteries lithium-ion. Ce matériau est capable d’accueilir, de façon réversible, 6,5 Li par unité formulaire, ce qui correspond à une capacité spécifique de 580 mAh/g. Dans le domaine des batteries lithium-ion, les propriétés de l’interface électrode/électrolyte (« solid electrolyte interphase », SEI), formant une couche de passivation protectrice à la surface des électrodes sont considérées comme essentielles pour les performances au sens large des batteries. Cet aspect représente le sujet majeur traité dans ce travail de thèse. Dans cet optique, nous avons tout d'abord étudié les propriétés électrochimiques de l'électrode TiSnSb sous divers aspects, dont les effets du régime de cyclage, l’influence de la nature des additifs au sein de l’électrolyte ainsi que l’utilisation de liquides ioniques à température ambiante (RTILs). En particulier, un système d'électrolyte à base de RTILs a été développé et optimisé vis-à-vis des performances électrochimiques. Afin de caractériser l’interface électrode-électrolyte, deux techniques de caractérisation majeures ont été utilisées : la Spectroscopie Photoélectronique à Rayonnement X (XPS) et la Spectroscopie d'Impédance électrochimique (EIS). Cette étude a permis de cibler certains paramètres essentiels liant les aspects performances électrochimiques à la nature de l’interface électrode-électrolyteIn the past decades, the need for portable power has accelerated due to the miniaturization of electronic appliances. It continues to drive research and development of advanced energy systems, especially for lithium ion battery systems. As a consequence, conversion materials for lithium-ion batteries, including Sb and Sn-based compounds, have attracted much intense attention for their high storage capacities. Among conversion materials, TiSnSb has been recently developed as a negative electrode for lithium-ion batteries. This material is able to reversibly take up 6.5 Li per formula unit which corresponds to a specific capacity of 580 mAh/g. In the field of lithium-ion battery research, the solid electrolyte interphase (SEI) as a protective passivation film formed at electrode surface owing to the reduction of the electrolyte components, has been considered as a determinant factor on the performances of lithium-ion battery. Thus it has been a focused topic of many researches. However, little information can be found about the formation and composition of the SEI layer formed on TiSnSb conversion electrode at this time. With the aim to investigate the influences of the SEI layer on the performances of composite TiSnSb electrode, we first studied the electrochemical properties of the electrode from various aspects, including the effects of cycling rates, electrolyte additives, as well as room temperature ionic liquids (RTILs). Especially, a RTILs-based electrolyte system was developed and optimized by evaluating its physicochemical properties to be able to further improve the performances of TiSnSb electrode. In order to characterize the SEI layer formed at electrode surface, we performed X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). This study allowed to target some essential parameters concerning electrochemical performances linked with the nature of the solid electrolyte interphase.*
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Dollé, Mickael. "Etude par spectroscopie d'impédance électrochimique, couplée à la microscopie électronique, d'interfaces de batteries au lithium et à ions lithium." Amiens, 2002. http://www.theses.fr/2002AMIE0207.
Full textAbstract:
Les interfaces lithium/électrolyte polymère et carbone/électrolyte ont une importance primordiale sur les performances des batteries au lithium et à ions lithium. L'objectif de ce travail était d'acquérir une meilleure compréhension de ces interfaces dans le but d'optimiser leur fonctionnement. Pour cela, des mesures d'impédance électrochimique 3 électrodes dans des cellules de configurations variées ont été mises au point et un microscope électronique à balayage (MEB) a été amélioré afin de permettre l'étude in situ de l'interface lithium/électrolyte polymère. L'influence de la température et du régime de formation sur la nature chimique et l'épaisseur de la couche de passivation formée à l'interface carbone/électrolyte a ainsi été démontrée tout comme l'importance des conditions de formation sur les performances des matériaux carbonés. L'étude par spectroscopie d'impédance électrochimique a alors été étendue à des batteries LiCoO2/graphite en configuration plastique. Enfin, l'influence de la densité de courant sur la morphologie des dendrites à l'interface lithium/électrolyte polymère a été confirmée et les premières observations par MEB de la croissance de dendrites en direct ont été obtenues. L'ensemble des résultats a permis de mieux comprendre chacune des interfaces étudiées et ainsi de proposer des mécanismes
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Lacassagne, Elodie. "Études des phénomènes de mouillabilité et des cinétiques d’imprégnation des électrodes positives par l’électrolyte : application aux batteries Lithium-Ion." Thesis, Lyon 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LYO10140/document.
Full textAbstract:
Le contact entre l'électrode et l'électrolyte est primordial pour le bon fonctionnement d'une batterie Lithium-Ion. L'imprégnation de l'électrode positive par un électrolyte liquide a toujours été considérée comme totale, cependant les phénomènes ne sont pas exactement connus. Ainsi, ces travaux s'intéressent à l'influence de la composition de l'électrode positive (matière active et agent conducteur) sur cette imprégnation. Après une première étude des propriétés conductrices, électrochimiques et morphologiques d'électrodes présentant des formulations plus ou moins éloignées des formulations industrielles, une méthode utilisant l'équation de Washburn a été développée afin d'étudier l'imprégnation des pores modélisés par un ensemble de tubes capillaires. L'utilisation de l'hexadecane, considéré comme un liquide parfaitement mouillant, a permis de déterminer la taille effective des pores indépendamment de l'électrolyte, et celle-ci a pu être comparée à des résultats obtenus grâce à la méthode de thermoporosimétrie. Puis, les régimes de Washburn obtenus lors de la diffusion de l'électrolyte ont mis en évidence les cinétiques d'ascension. Par la suite, la méthode de Washburn a été utilisée afin de caractériser les propriétés d'imprégnation d'électrodes élaborées avec un nouveau liant et selon un procédé innovant s'affranchissant de l'utilisation de solvant. L'utilisation d'un additif permettant la création de porosité d'une part, et la réticulation du liant d'autre part permettent d'obtenir une imprégnation de l'électrolyte comparable à celle observée pour les électrodes fabriquées par voie solvantThe contact between the electrode and the electrolyte is essential for a Lithium-Ion battery functioning. The impregnation of a positive electrode by the electrolyte has always been considered as total; however the phenomena are not exactly known. Thus, in this work, the influence of the positive electrode composition (active material, conductive agent and binder) on the impregnation has been investigated. After a first study focusing on the conductive, electrochemical and morphological properties of the electrodes, with different types of formulation, a method using Washburn equation has been developed in order to study the impregnation of the electrode’s pores, which were modeled as capillary tubes. With the use of hexadecane, considered as a perfectly wetting liquid, the effective pore size has been determined and then compared to the results given by the thermoporosimetry method. Then, the kinetics of ascension have been identified with the Washburn regimes obtained with the diffusion of the electrolyte in the cathodes. Afterwards, Washburn method has been used in order to characterize the impregnation properties of electrodes elaborated with an innovative process without solvent. Thanks to the use of an additive allowing the creation of porosity in one hand and the reticulation of the binder in the other hand, an impregnation of these new electrode by the electrolyte has been considered as comparable to the one observed for the cathodes made with solvent
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Li, Chunmei. "Study of rechargeable aprotic Li-O2 batteries." Amiens, 2014. http://www.theses.fr/2014AMIE0111.
Full textAbstract:
Est-il possible d'augmenter la densité d'énergie des batteries au lithium pour apporter l'autonomie souhaitée pour les applications véhicules électriques, voire réseaux? Une note d'espoir peut effectivement provenir des systèmes métaux-air et plus spécialement du Lithium-air qui suscite aujourd'hui l'engouement des fabricants d'automobiles. Sur la base de calculs théoriques, la technologie Li-air pourrait fournir des densités d'énergie de 3500 Wh kg(-1), soit environ 15 fois plus que celles des accumulateurs à ions lithium. Cependant, pour rendre de tels systèmes opérationnels, de nombreux verrous technologiques liés à l'efficacité énergétique et à la tenue en cyclage, pour ne citer que cela, doivent être levés. C'est le but de cette thèse. Pour répondre aux problèmes de stabilité, nos travaux se sont tout d'abord centrés sur l'étude de l'électrode négative avec notamment une tentative de remplacement de l'électrode de Li par une électrode de Si (LixSi). Pour contrecarrer la faible efficacité énergétique du système liée à une forte polarisation entre la décharge et la charge, les mécanismes de réaction d'évolution (OER) et de réduction (RRO) de l'oxygène dans différents solvants ont été étudiés. Nous avons trouvé que le nombre donneur (ND) du solvant utilisé est le facteur clé gouvernant la nucléation-croissance de Li202 soit via la solution soit à surface de l'électrode, ce qui est d'une importance capitale pour améliorer les performances de l'accumulateur Li-O2. Enfin par souci de présenter une étude complète, l'influence de différents additifs sur la RRO a été étudiée. Ces études fondamentales se sont avérées à la fois utiles et nécessaires pour comprendre avec précision ce nouveau systèmeRechargeable aprotic Li-02 batteries have gained significant attention because of their high theoretical specific energy of 3500 Wh kg(-1). However, there are many challenges relevant to the development of a practical réversible aprotic Li-O2 battery. The main challenges can be divided into two parts. Firstly, stability issues from: 1) Li métal négative electrodes reacting with contamination from the air, such as H2O and CO2, and some electrolytes, and Li dendrite formation ; 2) positive O2 electrode reactions with the discharge product Li202, and oxidation reaction on charging > 3. 5 V ; 3) electrolyte stability towards O2 reduction products or intermediates. Secondly, the poor discharge/charge voltaic efficiency and cycle life problems, which originate from: 1) large overpotentials on discharge and charge; 2) decomposition of cell component during ORR and OER. In order to overcome these challenges, fundamental studies are critical. This thesis focuses on these two main challenges. With regards to stability issues, an alternative negative electrode was studied, where LixSi is used in place of metallic Li in Li-02 batteries. The results suggest that a LixSi electrode is not stable towards to O2. In addition, an investigation of a new electrolyte, 1-methylimidazole (Me-Im) was discussed. When studying the discharge and charge products at the end of each cycle while using a Me-Im based electrolyte, the data suggests that the stability of Me-Im is not sufficient for use in a rechargeable aprotic Li-Oj battery. The poor discharge/charge voltaic efficiency and cycle life issues of the Li-02 battery are in part related to the fundamental processes occurring during reduction at the O2 electrode and an understanding of these would facilitate development of an efficient, reversible Li-02 battery. With this in mind, the mechanism of O2 reduction reaction (ORR) in aprotic solvents has been studied, with emphasis on the effect of solvent donor number (DN). This has resulted in the development of a mechanism for Li202 formation in aprotic electrolytes, which will be described within. Understanding the mechanism of O2 reduction has enabled strategies to be proposed that may overcome the limitations at the O2 electrode of Li-Oi batteries. For example, the introduction of complexing-cations as additives during ORR is suggested, where the complexing-cations provide "positive charge pockets" that interact with the O2 reduced species, resulting in improving the solubility of Li202 and O2 reduction kinetics. This approach has been demonstrated and shown to have a significant effect on the ORR in an aprotic electrolyte
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Reynaud, Marine. "Élaboration de nouveaux matériaux à base de sulfates pour l'électrode positive des batteries à ions Li et Na." Amiens, 2013. http://www.theses.fr/2013AMIE0121.
Full textAbstract:
Les prochaines générations de batteries à ions lithium et sodium seront basées sur le développement de nouveaux matériaux d'électrode positive durables, peu chers et sûrs. Dans ce but, nous avons exploré le monde des minéraux à la recherche de structures présentant les pré-requis pour l'insertion et la désinsertion d'ions alcalins. Nous avons alors entrepris l'étude de sulfates bimétalliques dérivés du minéral bloedile, ayant pour formule générale. (,. \/(S04):«H;0 {A = L i , Na, \t= métal de transition 3d, et « = 0, 4). Ces systèmes présentent une cristallochimie riche, montrant des transitions structurales en fonction de la température ainsi qu'avec le départ des molécules d'eau. Les nouvelles structures ont été déterminées en combinant les techniques de diffraction des rayons X. Neutrons et électrons. Nous avons également montré que les composés à base de lithium Liv. V/(S04): présentent des propriétés antiferromagnétiques intéressantes, du fait notamment de leurs structures particulières qui permettent seulement des interactions de super-super-échange. Enfin et surtout, nous avons, parmi les composés isolés, identifié trois sulfates à base de fer, à savoir Na:Fe(S04)2-4H;0, Na2Fe(S04)2 et Li2Fe(S04):, qui présentent des propriétés électrochimiques intéressantes face au lithium et au sodium. Avec un potentiel de 3,83 V vs. L i 7 L i ° , la nouvelle phase marinite Li2Fe(S04)2 affiche le plus haut potentiel jamais observé pour le couple redox Fe"''/Fe"* dans un composé inorganique à base de fer et dépourvu de fluor, et est en fait seulement dépassé par celui de la forme iriplite de LiFeS04FThe next générations of Li- and Na-ion batteries will rely on the development of new sustainable, low-cost and safe positive électrode materials. To this end, we explored the world of minerais with an emphasis on spotting structures having the prerequisites for insertion and deinsertion of alkaline ions. From this survey, we embarked on the investigation of bimetallic sulfates derived from the bloedite minerai and having the gênerai formula /4,/W(S04)2 nHzO {A = Li, Na, M = 3d transition métal and n = 0, 4). Thèse Systems présent rich crysta chemistry, undergoing phase transitions upon heating and removal of water. The new structures were determined by combining X-ray, neutron and électron diffraction techniques. We have aiso shown that lithium-based compounds LixM(S04)2 présent interesting antiferromagnetic properties resulting from their peculiar structures, which solely enable super-super-exchange interactions. Finally, and more importantly, we identified among the isolated compounds three iron-based sulfates, namely Na2Fe(S04)2 4H2O, Na2Fe(S04)2 and Li2Fe(S04)2, which présent attractive electrochemical properties against both lithium and sodium. With a potentiel of 3. 83 V vs. L'C/U°, the new marinite phase Li2Fe(S04)2 displays the highest potentiel ever observed for the Fe"'VFe"* redox couple in e fluorine-free iron-based inorgenic compound, only riveled by the triplite form of LiFeS04F
Books on the topic "Batteries aux ions lithium"
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C, Brewer J., NASA Aerospace Flight Battery Systems Program., and George C. Marshall Space Flight Center., eds. The 1997 NASA Aerospace Workshop. [Washington, DC]: National Aeronautics and Space Administration, Marshall Space Flight Center, 1998.
Find full textBook chapters on the topic "Batteries aux ions lithium"
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Julien, Christian, Alain Mauger, Ashok Vijh, and Karim Zaghib. "Cathode Materials with Monoatomic Ions in a Three-Dimensional Framework." In Lithium Batteries, 163–99. Cham: Springer International Publishing, 2016. http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-19108-9_6.
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Gupta, Himani, and Rajendra K. Singh. "Ionic Liquid-Based Gel Polymer Electrolytes for Application in Rechargeable Lithium Batteries." In Energy Storage Battery Systems - Fundamentals and Applications [Working Title]. IntechOpen, 2020. http://dx.doi.org/10.5772/intechopen.93397.
Full textAbstract:
Depleting fossil fuels has put pressing need for the search of alternative energy resources. Solar and wind energy resources are being considered one of the viable solutions. However, these intermittent sources require efficient energy storage systems in terms of rechargeable Li batteries. In Li batteries, electrolyte is one of the most important components to determine the performance, as it conducts the ions between the electrodes. In battery, mostly liquid electrolyte is used as it shows high ionic conductivity and electrode/electrolyte contact which help to reduce the internal resistance. But these are not electrochemically very stable and raised some major problems such as reactivity with electrode, dissolution of electrode ions, leakage, volatility, fast Li dendrite growth, etc. Therefore, in order to improve its electrochemical performance, selection of electrolyte is an important issue. In the present study, ionic liquid (IL)-based polymer electrolyte is used over liquid electrolyte in which IL acts as a plasticizer and improves ionic conductivity and amorphicity. These electrolytes have high thermal and electrochemical stability, therefore, can be used in high voltage Li battery. Also, their mechanical stability helps to suppress Li dendrites growth. Therefore, polymer electrolytes can open a new way in the progression of battery application.
Conference papers on the topic "Batteries aux ions lithium"
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Assaud, Loïc. "Le stockage de l'énergie électrique dans les batteries à ions lithium. Une histoire d'interfaces." In MOlecules and Materials for the ENergy of TOMorrow. MSH Paris-Saclay Éditions, 2021. http://dx.doi.org/10.52983/ohqv8601.
Full textAbstract:
Le stockage de l’énergie constitue un défi sociétal majeur qui nécessite la mise en œuvre de batteries de plus en plus performantes. Une étude fine des mécanismes et des matériaux constitutifs de tels systèmes permet une meilleure compréhension des phénomènes conduisant à des limitations de performances et permet ainsi de les améliorer notablement. Couplée à des modèles comportementaux de vieillissement, cette approche permet de garantir des systèmes optimisés pour un stockage de l’énergie performant, sûr et durable, ainsi qu’une amélioration sensible de la durée de vie de ces dispositifs. Après une présentation succincte du principe de fonctionnement d’une batterie à ions lithium, cet article s’intéresse à la composition interne de ces systèmes et présente un modèle permettant de suivre l’état de dégradation et de vieillissement de ce type de dispositifs au cours de leur utilisation.
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Liang, Liliuyuan, Weilin Li, Wenjie Liu, and Xiaohua Wu. "A discrete-time nonlinear observer for state of charge estimation of lithium-ion batteries." In 2016 IEEE/CSAA International Conference on Aircraft Utility Systems (AUS). IEEE, 2016. http://dx.doi.org/10.1109/aus.2016.7748066.
Full text
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Banerjee, Soumik. "Modeling Ionic Liquid Based Electrolytes for Lithium Batteries." In ASME 2013 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. American Society of Mechanical Engineers, 2013. http://dx.doi.org/10.1115/imece2013-66497.
Full textAbstract:
Based on ever-growing societal demand for stable energy supply, recent times have witnessed an increasing emphasis on developing energy storage devices such as batteries with improved specific energy and specific power. Among the myriad energy-storage technologies, rechargeable lithium ion batteries are widely used as energy sources for a range of portable electronic devices because of their relatively high specific energy storage capabilities [1]. However, the highest energy storage capacity achieved by a state-of-the-art lithium ion battery is too low to meet current demands in larger applications such as in the automotive industry [1]. The limitation is due, in part, to the limited ionic conductivity of currently used organic electrolytes coupled with their volatility, electrochemical instability and flammability, which raises safety concerns. The development of new generation of lithium ion batteries with significantly improved energy storage would require the selection of novel electrolyte materials with improved performance without compromising on safety standards. In recent years, there has been growing interest in the development of room temperature ionic liquids because they have extremely low vapor pressure, are stable at high temperatures, are highly resistant to oxidation and reduction, possess high ionic conductivity and have tunable electrochemical properties. However, the ionic conductivity of ionic liquids doped with lithium salt is extremely sensitive to the molecular structure of the ions as well as the extent of coordination between neighboring ionic species. In an effort to understand how atomistic interactions determine transport properties of ionic liquids, in the current study, we simulated lithium salt doped pyrrolidinium based ionic liquids using fundamental atomistic simulations. Properties such as density and self-diffusion coefficients were determined from molecular dynamics simulations and compared to experimental data to validate our model. Our simulations indicate that the mobility of lithium ions is limited due to association with multiple salt anions.
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Koga, Shumon, Leobardo Camacho-Solorio, and Miroslav Krstic. "State Estimation for Lithium Ion Batteries With Phase Transition Materials." In ASME 2017 Dynamic Systems and Control Conference. American Society of Mechanical Engineers, 2017. http://dx.doi.org/10.1115/dscc2017-5266.
Full textAbstract:
Lithium Iron Phosphate (LiFePO4 or LFP) is a common active material in lithium-ion batteries. It has been observed that this material undergoes phase transitions during the normal charge and discharge operation of the battery. Electrochemical models of lithium-ion batteries can be modified to account for this phenomena at the expense of some added complexity. We explore this problem for the single particle model (SPM) where the underlying dynamic model for diffusion of lithium ions in phase transition materials is a partial differential equation (PDE) with a moving boundary. An observer is derived for the concentration of lithium ions from the SPM via the backstepping method for PDEs in a rigorous way and simulations are provided to illustrate the performance of the observer. Our comments are stated on the gap between the proposed observer and a complete state-of-charge (SoC) estimation algorithm for lithium-ion batteries with phase transition materials.
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Yoo, Kisoo, Prashanta Dutta, and Soumik Banerjee. "Electrochemical Model for Ionic Liquid Electrolytes in Lithium Batteries." In ASME 2015 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. American Society of Mechanical Engineers, 2015. http://dx.doi.org/10.1115/imece2015-52407.
Full textAbstract:
A mathematical model is developed for transport of ionic components to study the performance of ionic liquid based lithium batteries. The mathematical model is based on a univalent ternary electrolyte frequently encountered in ionic liquid electrolytes used for lithium batteries. Owing to the very high concentration of components in ionic liquid, the transport of lithium ions are described by the mutual diffusion phenomena using Maxwell-Stefan diffusivity. The model is used to study a lithium ion battery where the cations and anions of ionic liquid are mppy+ and TFSI-. The electric performance results predicted by the model are in good agreement with experimental data. We also studied the effect of load current density on the performance of lithium ion battery using this model. Numerical results indicate that low rate of lithium ion transport causes lithium depleted zone in the porous cathode regions as the load current density increases. This lithium depleted region is responsible for lower specific capacity in lithium-ion cells. The model presented in this study can be used for optimum design of ionic liquid electrolytes for lithium-ion and lithium-air batteries.
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Wang, Yixu, and Hsiao-Ying Shadow Huang. "Comparison of Lithium-Ion Battery Cathode Materials and the Internal Stress Development." In ASME 2011 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. ASMEDC, 2011. http://dx.doi.org/10.1115/imece2011-65663.
Full textAbstract:
The need for development and deployment of reliable and efficient energy storage devices, such as lithium-ion rechargeable batteries, is becoming increasingly important due to the scarcity of petroleum. Lithium-ion batteries operate via an electrochemical process in which lithium ions are shuttled between cathode and anode while electrons flowing through an external wire to form an electrical circuit. The study showed that the development of lithium-iron-phosphate (LiFePO4) batteries promises an alternative to conventional lithium-ion batteries, with their potential for high energy capacity and power density, improved safety, and reduced cost. However, current prototype LiFePO4 batteries have been reported to lose capacity over ∼3000 charge/discharge cycles or degrade rapidly under high discharging rate. In this study, we report that the mechanical and structural failures are attributed to dislocations formations. Analytical models and crystal visualizations provide details to further understand the stress development due to lithium movements during charging or discharging. This study contributes to the fundamental understanding of the mechanisms of capacity loss in lithium-ion battery materials and helps the design of better rechargeable batteries, and thus leads to economic and environmental benefits.
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ChiuHuang, Cheng-Kai, Chuanzhen Zhou, and Hsiao-Ying Shadow Huang. "Exploring Lithium-Ion Intensity and Distribution via a Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectroscopy." In ASME 2013 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. American Society of Mechanical Engineers, 2013. http://dx.doi.org/10.1115/imece2013-63013.
Full textAbstract:
For high rate-capability and low cost lithium-ion batteries, the prevention of capacity loss is one of major challenges facing by lithium-ion batteries today. During electrochemical processes, lithium ions diffuse from and insert into battery electrodes accompanied with the phase transformation, where ionic diffusivity and concentration are keys to the resultant battery capacity. In the current study, we first compare voltage vs. capacity curves at different C-rates (1C, 2C, 6C, 10C). Second, lithium-ion distributions and intensity are quantified via the Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectroscopy (ToF-SIMS). The result shows that voltage vs. capacity relations are C-rate dependent and larger hystereses are observed in the higher C-rate samples. Detailed quantification of lithium-ion intensity for the 1C sample is conducted. It is observed that lithium-ions are distributed uniformly inside the electrode. Therefore, the current study provides a qualitative and quantitative data to better understand C-rate dependent phenomenon of LiFePO4 battery cells.
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ChiuHuang, Cheng-Kai, and Hsiao-Ying Shadow Huang. "A Diffusion Model in a Two-Phase Interfacial Zone for Nanoscale Lithium-Ion Battery Materials." In ASME 2012 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. American Society of Mechanical Engineers, 2012. http://dx.doi.org/10.1115/imece2012-89235.
Full textAbstract:
The development of lithium-ion batteries plays an important role to stimulate electric vehicle (EV) and plug-in electric vehicle (PHEV) industries and it is one of many solutions to reduce US oil import dependence. To develop advanced vehicle technologies that use energy more efficiently, retaining the lithium-ion battery capacity is one of major challenges facing by the electrochemical community today. During electrochemical processes, lithium ions diffuse from and insert into nanoscaled cathode materials in which stresses are formed. It is considered that diffusion-induced stress is one of the factors causing electrode material capacity loss and failure. In this study, we present a model which is capable for describing diffusion mechanisms and stress formation in nano-platelike cathode materials, LiFePO4 (Lithium-iron-phosphate). We consider particle size >100 nm in this study since it has been suggested that very small nanoparticles (<100 nm) may not undergo phase separation during fast diffusion. To evaluate diffusion-induced stress accurately, factors such as the diffusivity and phase boundary movements are considered. Our result provides quantitative lithium concentrations inside LiFePO4 nanoparticles. The result could be used for evaluating stress formation and provides potential cues for precursors of capacity loss in lithium-ion batteries. This study contributes to the fundamental understanding of lithium ion diffusion in electrode materials, and results from this model help better electrode materials design in lithium-ion batteries.
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Kazemiabnavi, Saeed, Prashanta Dutta, and Soumik Banerjee. "Ab Initio Modeling of the Electron Transfer Reaction Rate at the Electrode-Electrolyte Interface in Lithium-Air Batteries." In ASME 2014 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. American Society of Mechanical Engineers, 2014. http://dx.doi.org/10.1115/imece2014-40239.
Full textAbstract:
Lithium-air batteries are very promising energy storage systems for meeting current demands in electric vehicles. However, the performance of these batteries is highly dependent on the electrochemical stability and physicochemical properties of the electrolyte such as ionic conductivity, vapor pressure, static and optical dielectric constant, and ability to dissolve oxygen and lithium peroxide. Room temperature ionic liquids, which have high electrical conductivity, wide electrochemical stability window and also low vapor pressure, are considered potential electrolytes for these batteries. Moreover, since the physicochemical and electrochemical properties of ionic liquids are dependent on the structure of their constitutive cations and anions, it is possible to tune these properties by choosing from various combinations of cations and anions. One of the important factors on the performance of lithium-air batteries is the local current density. The current density on each electrode can be obtained by calculating the rate constant of the electron transfer reactions at the surface of the electrode. In lithium-air batteries, the oxidation of pure lithium metal into lithium ions happens at the anode. In this study, Marcus theory formulation was used to calculate the rate constant of the electron transfer reaction in the anode side using the respective thermodynamics data. The Nelsen’s four-point method of separating oxidants and reductants was used to evaluate the inner-sphere reorganization energy. In addition, the Conductor-like Screening Model (COSMO) which is an approach to dielectric screening in solvents has been implemented to investigate the effect of solvent on these reaction rates. All calculations were done using Density Functional Theory (DFT) at B3LYP level of theory with a high level 6-311++G** basis set which is a Valence Triple Zeta basis set with polarization and diffuse on all atoms (VTZPD) that gives excellent reproducibility of energies. Using this methodology, the electron transfer rate constant for the oxidation of lithium in the anode side was calculated in an ionic liquids electrolyte. Our results present a novel approach for choosing the most appropriate electrolyte(s) that results in enhanced current densities in these batteries.
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Arora, Shashank. "A Novel Technique for Estimation of the Solid Electrolyte Interphase Film Resistance for Li-Ion Batteries." In ASME 2018 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. American Society of Mechanical Engineers, 2018. http://dx.doi.org/10.1115/imece2018-87311.
Full textAbstract:
Solid electrolyte interphase (SEI) film resistance is an important parameter in the study of charge transfer kinetics of a Li-ion battery. The passive film affects diffusion process of Li-ions. As such, it becomes essential to include film resistance in battery modelling. However, the traditional method of estimating the SEI film resistance is costly and time consuming. An indirect approach based on Ohm’s law is thus presented in this paper. It relies on determining the interfacial polarisation from the difference of open-circuit voltage measured immediately after switching off the applied current and the equilibrium voltage. The technique is simple, easy to implement and can be used for a quick estimation of SEI film resistance with reasonable accuracy. For instance, average value of SEI film resistance for commercial LFP battery cell is measured as 0.004 Ohm · m2 , which was found to be consistent with the values determined using the impedance spectroscopy techhnique in the published literature for lithium-carbon film electrodes.