Elucidation and comparison of the effects of lithium salts on discharge chemistry of nonaqueous li-O2 Batteries

Iliksu, Merve; Sauer, Dirk Uwe (Thesis advisor); Pitsch, Heinz Günter (Thesis advisor)

Aachen : ISEA (2017, 2018)
Buch, Doktorarbeit

In: Aachener Beiträge des ISEA ; 95
Seite(n)/Artikel-Nr.: xvi, 160 Seiten : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2017

Kurzfassung

In dieser Arbeit wurden Li-O2-Batterien untersucht. Ihre theoretische spezifische Energie beträgt 3500 Wh / (kg Li2O2). Es gibt viele Herausforderungen zu überwinden, bevor die Li-O2 Batterietechnologie kommerzialisiert werden kann, wie zum Beispiel eine schlechte maximale Lade-/Entladerate sowie eine schlechte Zykluslebensdauer. Es wurde darauf hingewiesen, dass die Zersetzung von Elektrolyten die Wiederaufladbarkeit der Zelle untergräbt und dass die isolierende Eigenschaft des Hauptentladungsprodukts Li2O2 die maximale Kapazität begrenzt. Um das elektrochemische Entladungsverhalten bei verschiedenen Salz- und Lösungsmittelkombinationen zu verstehen, wurden galvanostatische Tests mit unterschiedlichen Konzentrationen des Salzes im Lösungsmittel durchgeführt. Mittels Raman-Spektroskopie wird der Grad der Ordnung der entladenen Kathodenoberflächen, als auch der Entladeprodukte analysiert. FT-IR-Messungen werden an Elektrolyt und Kathode durchgeführt, um die Bildung von Zerfallsprodukten zu beobachten. Mittels REM-Bildern werden die Veränderungen der Oberflächenmorphologie vor und nach der Entladung beobachtet. Wenn TEGDME (ein Lösungsmittel mit niedriger DN) verwendet wird, nimmt die Entladungskapazität der Zellen zu, bis eine bestimmte Konzentration von LiNO3 (ein Salz mit hoher DN) erreicht ist, und fällt dann rapide ab. Basierend auf einer vollständigen Ex-situ-Analyse unter Verwendung der bisher genannten Techniken wird die Hypothese aufgestellt, dass eine überschüssige Menge an LiNO3 mit der Kohlenstoffkathodenoberfläche reagiert und sie somit ungeeignet für den Aufbau von Entladungsprodukten macht. Wenn andererseits DMSO (ein Lösungsmittel mit hoher DN) im Elektrolyt verwendet wird, wird der Lösungsmechanismus durch das Lösungsmittel gefördert, was zu einer höheren Entladekapazität führt. Carbonate werden beobachtet und treten in Zellen mit höherer LiTFSI Konzentration stärker hervor, was darauf hinweist, dass das Salz die Bildung von Carbonaten fördert.

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