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Etude de l'interface lithium métal / électrolyte polymère fondu ou gélifié.
Les batteries à électrode lithium métal ont des capacités théoriques élevées, une différence de potentiel importante, des géométries adaptables. Leur développement à l'échelle industrielle est pourtant compromis par l'électrodépôt d'agrégats irréguliers de lithium (dendrites) lors de la recharge de la batterie. La croissance dendritique à faible densité de courant est mal comprise, et semble liée à une mauvaise distribution de la densité de courant locale du fait des inhomogénéités à l'interface lithium/électrolyte. Ce manuscrit présente nos résultats sur des cellules symétriques Li/Electrolyte/Li qui permettent d'étudier simultanément le dépôt et la dissolution du lithium. Ces cellules sont basées sur des systèmes à base de POE+LiTFSI fonctionnant à 80°C, et sur des systèmes à base de PVdF-HFP/POE imbibé en EC:PC+LiTFSI et fonctionnant à température ambiante. Nous avons étudié ces cellules par visualisation in situ de l'espace inter-électrodes, et par spectroscopie d'impédance. Sur des cellules de visualisation à base d'électrolyte polymère fondu chargé en sel coloré, nous avons observé l'évolution des profils d'absorption optique directement liés aux profils de concentration dans l'électrolyte. Sur le système à base d'électrolyte gélifié nous avons constaté des variations locales de densité de courant en cours de polarisation. Par impédance, nous mettons en évidence la présence de deux couches de passivation à l'interface lithium/électrolyte qui évoluent différemment en vieillissement. Lorsqu'on polarise une cellule à courant constant, sa réponse en tension met en évidence la présence d'un milieu peu diffusif à l'interface entre le lithium et l'électrolyte.

2005-01-27
Science des matériaux, mécanique, génie mécanique
Ecole Polytechnique
Lithium métal – Batterie – Dendrite – Sei – Passivation – Intérface – Impédance – Visualisation – Mesures in situ – Poe – LiTFSI
http://www.imprimerie.polytechnique.fr/Theses/Files/Teyssot.pdf
Batteries with a lithium metal electrode have high theoretic capacity, high voltage, and permit adaptable and flexible geometries. Their development at an industrial scale is yet compromised by the electrodeposition of irregular lithium aggregates, called dendrites, during recharge. Dendritic growth at low current densities is still poorly understood: it is probably related to an irregular distribution of the local current density due to the inhomogeneities at the lithium/electrolyte interface. This manuscript presents our work on symmetric Li/electrolyte/Li cells that allow studying the lithium deposition and dissolution simultaneously. The electrolyte is either based on PEO+LiTFSI (working at 80°C), or PVdF-HFP/POE soaked in EC:PC+LiTFSI (working at room temperature). We have studied these cells by in situ visualisation of the inter-electrode area, and by spectroscopic impedance. In visualisation cells containing PEO charged with a coloured salt, we have observed the evolution of optical absorption profiles, directly related to the concentration profiles in the electrolyte. In cells containing a gelified electrolyte we have measured local variations of the current density. Our impedance measurements show the presence of two passivation layers evolving differently during ageing. Under galvanostatic polarisation, the potential response shows the presence of a poorly diffusive media at the lithium/electrodes interface.
Lithium metal – Battery – Dendrite – Sei – Passivation – Interface – Impedance – Visualisation – In situ measurements – Poe – LiTFSI
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