Üç elektrot madeni para hücre hazırlık ve Electrodeposition analiz için lityum-iyon pil

Lityum piller kökeni keyfi çok geri geçmişe, büyük ölçekli üretim ve ticarileştirilmesi çoğunun bugünün yaygın olarak izlenebilmektedir rağmen bulunan lityum-iyon piller 1980’li yıllarda başladı. Birçok bir örnek olmak Lityum kobalt oksit (LiCoO₂), bu döneminde geliştirilen malzemelerin kullanım bugün¹‘ hala yaygın olarak bulunur. Birçok mevcut çalışmalar azaltılması veya diğer daha düşük maliyet ve daha çevre iyi huylu metaller, yerine kobalt kullanımı gibi ortadan kaldırarak doğru yerleştirilen bazı vurgu ile diğer çeşitli metal oksit yapıları geliştirilmesi odaklanmıştır Mangan veya nikel². Lityum-iyon pilleri kullanılan malzemelerin sürekli olarak değişen manzara hem performans hem de Emanet karakterize bir etkili ve doğru yöntem gerektirir. Çünkü herhangi bir pil işleyişi ile birleştiğinde elektrokimyasal yanıt pozitif ve negatif elektrot içerir, tipik iki elektrot piller elektrotlar bağımsız olarak karakterize edememek kısa düşmek. Yoksul karakterizasyonu ve anlayış sonraki eksikliği sonra tehlikeli durumlar veya genel Pil performansının düşmesine olayları varlığı nedeniyle neden olabilir. Önceki araştırma amaçlı işleme teknikleri için tipik iki elektrot hücre³standartlaştırılması. Standart hücre yapılandırmaları eksiklikleri geliştirir bir yöntem üç elektrot hücredir.

Üç elektrot Kur iki elektrot yanıt decouple ve akü işlemi temel fizik içine daha fazla fikir sağlamak için bir yöntemdir. Üç elektrot kurulumunda bir referans elektrot anot ve katot ek olarak tanıtıldı. Bu referans elektrot daha sonra işlemi sırasında dinamik olarak anot ve katot potansiyelini ölçmek için kullanılır. Hiçbir geçerli referans elektrot geçirilir ve bu nedenle, bir tekil ve ideal olarak istikrarlı, gerilim sağlar. Üç elektrot kurulumu kullanarak, tam hücre voltajı, katot potansiyeli ve anot potansiyeli aynı anda işlem sırasında toplanabilir. Potansiyel ölçümleri yanı sıra elektrot empedans katkıları ücret⁴hücre durumunu bir fonksiyonu olarak karakterize edilebilir.

Üç elektrot kurulumları çok bozulma olayları Lityum-iyon pil, Lityum metal lityum kaplama olarak da bilinen, electrodeposition gibi çalışmak için yararlıdır. Diğer gruplar üç elektrot kurulumları^{5,6,7,8,9,10,11,12,} teklif etmiş ¹³ ama genellikle doğal olarak kararsız lityum metal başvurmak ve özel, kurulumları için düşük güvenilirlik önde gelen bir araya zor içerir. Lityum kaplama gerçekleşir ana bilgisayar elektrot yapısına enterkalasyon ne zaman yerine, Lityum yapısı yüzeyde yatırılır. Bu mevduat yaygın morfolojisi (nispeten) Tekdüzen metalik katman (kaplama) veya küçük dendritik yapıları varsayıyorum. Kaplama performans Bisiklete binme engelleyen için güvenlik sorunları neden değişen etkileri olabilir. Fenomenolojik bir bakış açısından, lityum kaplama ana bilgisayar elektrot yapısına etkili bir şekilde intercalate için lityum bir yetersizliği nedeniyle oluşur. Kaplama oranı, şarj (SOC) durumunu yüksek elektrot veya bu üç faktör¹²bir arada şarj yüksek düşük sıcaklıkta meydana gelme eğilimi. Düşük sıcaklıkta, elektrot içinde katı hal difüzyon yüzünden sıcaklık Arrhenius Yayınım bağımlılığını da azalır. Alt katı hal difüzyon Lityum Elektrot-Elektrolit arayüzüne birikmesi ve lityum sonraki birikimi ile sonuçlanır. Bir yüksek şarj neyse, benzer bir fenomen ortaya çıkar. Lityum elektrot yapısına çok hızlı bir şekilde intercalate dener ama yapamaz ve böylece kaplama. Daha yüksek bir SOC ortalama Lityum yapıya intercalate için daha az kullanılabilir alan olduğunu ve böylece yüzeyde yatırmak için daha uygun olur.

Onlar neden emniyet endişe nedeniyle özellikle önem Lityum dendrites vardır. Eğer dendrites bir hücre içinde onları büyümek ve ayırıcı pierce anot ve katot arasında dahili bir kısa yol bir potansiyel vardır. Bu iç kısa kez termal kaçak ve hatta hücrenin bir patlama sonucu yanıcı elektrolit olarak sıcaklıklar çok yüksek lokalize yol açabilir. Dendrite oluşumu ile ilgili başka bir sorun reaktif Lityum artan yüzey alanıdır. Yeni yatırılan Lityum elektrolit ile tepki ve hangi-ecek götürmek artan kapasite kaybına ve zavallı Bisiklet performans için artan katı elektrolit Interphase (SEI), oluşmasına neden olur.

Üç elektrot sistem tasarımı ile ilgili bir sorun uygun referans elektrot seçimidir. Lojistik, konumu ve boyutu başvurusuna ilişkin pozitif ve negatif elektrotlar sisteminden doğru sonuçlar elde önemli bir rol oynayabilir. Pozitif ve negatif elektrot hücre İnşaat ve elde edilen kenar efektleri sırasında kayma hatası^14,15okuma başvurusu tanıtabilirsiniz bir örnektir. Malzeme seçimi açısından referans elektrot istikrarlı ve güvenilir bir gerilim ve yüksek sigara polarizability. Genellikle bir referans elektrot birçok araştırma grupları tarafından kullanılır, Lityum metal pasif yüzey film üzerinde bağlıdır bir potansiyele sahiptir. Bu temizlenmiş çünkü sorunlar oluşturabilir ve farklı potansiyeller¹⁶yaşında Lityum elektrotlar görüntüler. Uzun vadeli yaşlanma etkileri incelendiği zaman bunu bir sorun haline gelir. Araştırma Solchenbach vd tarafından Bu istikrarsızlık konulardan bazıları Lityum ve¹¹onların başvuru kullanma ile Alaşımlandırma altın tarafından ortadan kaldırmak çalıştı. Diğer araştırma deneysel eğitim gördü ve elektrokimyasal potansiyel Yaylası geniş çevresinde gösterir Lityum titanate dahil olmak üzere farklı malzeme baktı var 1,5-1,6 V¹⁷ (% ~ 50 SOC). Bu plato özellikle için şarj durumunu elektrot’ın yanlışlıkla pertürbasyon durumunda istikrarlı bir potansiyel korumaya yardımcı olur. LTO, karbon bazlı iletken katkı maddeleri de dahil olmak üzere potansiyel kararlılığını bile farklı C-fiyatlar ve sıcaklıklar korunur. ¹⁸ bu referans elektrot seçimi üç elektrot hücre tasarımında önemli bir adımdır vurgulamak önemli olan.

Birçok araştırma grupları deneysel üç elektrot hücre Kur önerdi. Dolle vd. ince plastik hücreleri ile lityum titanate bakır tel referans elektrot empedans Bisiklete binme ve depolama yüksek sıcaklıklar¹⁹nedeniyle değişimler çalışırdım. McTurk ve ark. nereye lityum kaplama bakır tel noninvaziv ekleme teknikleri⁹önemini göstermek için ana amaç ile ticari kese hücre eklenmiş bir tekniği istihdam. Solchenbach vd. değiştirilmiş bir Swagelok tipi T-hücre ve (daha önce de belirttiğimiz) altın bir mikro-referans elektrot empedans ve potansiyel ölçümleri için kullanılır. ¹¹ Waldmann vd. ticari hücrelerden elektrotlar hasat ve kendi üç elektrot kese hücrelerine Lityum ifade¹²eğitim kullanmak için yeniden. Costard ve ark. farklı referans elektrot malzeme ve yapılandırmaları¹³etkinliğini test etmek için bir kurum içi deneysel üç elektrot hücre konut geliştirdi.

Bu araştırma grupların çoğu saf lityum metal özellikle uzun süreli kullanımı ile İstikrar ve SEI büyüme ile endişeleri olabilir, başvuru olarak kullanın. Diğer sorunlar karmaşık ve zaman alıcı değişiklikler varolan veya ticari kurulumları için içerir. Bu yazıda, Şekil 1‘ de gösterildiği gibi üç elektrot Li-Ion madeni para hücre elektrokimyasal testler için oluşturmak için bir güvenilir ve düşük maliyetli teknik sunulur. Bu üç elektrot Kur standart madeni para hücre bileşenleri, bakır tel ve lityum titanate tabanlı referans elektrot (bkz. Şekil 2) kullanarak oluşturulabilir. Bu yöntem does değil istemek herhangi bir özel ekipman veya ayrıntılı değişiklikler ve Standart laboratuvar ölçekli elektrokimyasal yordamlar ve malzemeleri ticari satıcıları tarafından takip eder.