Влияние декалина и перфтордекалина на дендритообразование в процессе работы металлического литиевого анода

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

В настоящей работе исследовалось влияние добавок декагидронафталина (декалина) и его производного, перфтордекалина (октадекафтордекалина), на процессы осаждения и растворения металлического лития, включая процессы дендритообразования, на анодах вторичных литиевых источников тока в электролите на основе гексафторфосфата лития и смеси этиленкарбоната (EC) и диэтилкарбоната (DEC). Исследование проводилось с использованием методов транзиентов тока и электрохимического импеданса. Результаты показали, что в отличие от добавок традиционных катионных ПАВ цетилтриметиламмония бромида и гексадецилпиридиния бромида, исследованных нами ранее, декалин и перфтордекалин вступают в специфическое взаимодействие с поверхностью литиевого электрода. При этом декалин настолько сильно взаимодействует с поверхностью литиевого электрода, что он фактически блокирует процессы как осаждения, так и анодного растворения лития. Взаимодействие перфтордекалина с поверхностью лития оказалось менее сильным, в результате чего он не препятствует циклированию металлического литиевого анода, но в то же время оказывает ингибирующее действие на дендритообразование. В электролите с добавкой перфтордекалина удалось осуществить более 80 циклов заряда-разряда литиевого анода с кулоновской эффективностью 70–80%, в то время как без добавки количество циклов было менее 40, а кулоновская эффективность была 60% и ниже.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. С. Алпатов

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

Email: osemenik@elch.chem.msu.ru

химический факультет

Россия, Москва

Ф. А. Васильев

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

Email: osemenik@elch.chem.msu.ru

химический факультет

Россия, Москва

О. А. Семенихин

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

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

химический факультет

Россия, Москва

Список литературы

  1. Алпатов, С. С., Васильев, Ф. А., Алешина, В. Х., Ваграмян, Т. А., Семенихин, О. А. Электроосаждение лития в присутствии поверхностно-активных веществ. Электрохимия. 2024. Т. 60. № 5. С. 349.
  2. Алпатов, С. С., Васильев, Ф. А., Алешина, В. Х., Ваграмян, Т. А., Семенихин, О. А. Анализ спектров электрохимического импеданса и строения твердоэлектролитной интерфазы на электроосажденном металлическом литии с использованием метода распределения времен релаксации. Электрохимия. 2024. Т. 60. № 5. С. 361.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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, vol. 31, p. 2009694.
  6. 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.
  7. von Aspern, N., Roeschenthaler, G.-V., Winter, M., and Cekic-Laskovic, I., Fluorine and Lithium: Ideal Partners for High-Performance Rechargeable Battery Electrolytes, Angew. Chem. Int. Ed., 2019, vol. 58, p. 16124.
  8. Xu, N., Shi, J., Liu, G., Yang, X., Zheng, J., Zhang, Z., and Yang, Y., Research progress of fluorine-containing electrolyte additives for lithium ion batteries, J. Power Sources Adv., 2021, vol. 7, p. 100043.
  9. Scharifker, B. and Hills, G., Theoretical and experimental studies of multiple nucleation, Electrochim. Acta, 1983, vol. 28, p. 879.
  10. 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.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Годографы импеданса, измеренные на электродах из (а) лития и (б) меди до осаждения металлического лития при потенциале –0.03 В в присутствии добавок (1) перфторированного и (2) нефторированного декалина.

Скачать (140KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Годографы импеданса, измеренные на электродах из (а) лития и (б) меди после осаждения металлического лития при потенциале –0.03 В в присутствии добавок (1) перфторированного и (2) нефторированного декалина.

Скачать (122KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Транзиенты плотности тока, измеренные в процессе осаждения металлического лития на (а) медный и (б) литиевый электроды при потенциале –0.03 В в следующих электролитах: (1) с добавкой декалина, (2) с добавкой перфтордекалина, (3) без добавок.

Скачать (137KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Транзиенты плотности тока, измеренные в процессе осаждения металлического лития: (а, б) на медный электрод в электролите с добавкой декалина, (в) на медный электрод в электролите с добавкой перфтордекалина, (г) на литиевый электрод в электролите с добавкой декалина (кривые 1, 2) и с добавкой перфтордекалина (кривые 3, 4, 5). Потенциалы: (а, б) 1 – –0.03 В, 2 – –0.025 B, 3 – –0.04 B, 4 – –0.6 B, 5 – –0.1 B; (в) 1 – –0.03 B, 2 – –0.06 B, 3 – –0.095 B; (г) 1 – –0.085 B, 2 – –0.06 B, 3 – –0.03 B, 4 – –0.06 B, 5 – –0.1 B.

Скачать (272KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Гальваностатические кривые заряда-разряда, полученные для гальваностатического осаждения-растворения лития на медном электроде при плотности тока 0.1 мА/см² (1) в стандартном электролите без добавок и (2) в электролите с добавкой перфторированного декалина. Цикл № 7.

Скачать (81KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024