Efecto del peso molecular en la fabricación de cátodos compuestos para baterías de estado sólido

Autor: Martín Ortiz, Jon
Přispěvatelé: Requies Martínez, Jesús María, Morant-Miñana, María Carmen, Máster Universitario en Ingeniería de Materiales Avanzados, Material Aurreratuen Ingeniaritza Unibertsitate Masterra
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Addi. Archivo Digital para la Docencia y la Investigación
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Addi: Archivo Digital para la Docencia y la Investigación
Universidad del País Vasco
Popis: El impacto del procesado en el rendimiento del electrodo en el área de las baterías de estado sólido (SSB) es uno de los menos desarrollados, a pesar de ser un aspecto clave de cara a un escalado para producción industrial. Para demostrar que el conocimiento de los parámetros de producción es esencial para superar las limitaciones de las SSB (como, por ejemplo, los tiempos de carga y descarga), se ha fabricado una serie de baterías SSB con ánodo de litio y un electrolito de polímero PEO, con dos pesos moleculares diferentes (700 kg mol-1 y 400 kg mol-1) para la fabricación del cátodo. El descenso en el peso molecular permite la adición de una mayor cantidad de contenido sólido (ca. 50 wt%), que resulta en cátodos compuestos con superficies más regulares, bajas porosidades y buena adhesión al colector cuando se laminan sobre aluminio con sustrato de carbono. En cuanto al rendimiento electroquímico de los cátodos, se ha analizado en celdas de petaca completas, obteniendo resultados de carga y descarga cercanos a los valores teóricos (170 mAh g-1), incluso a C/5. Tras varios ciclados, los compuestos de PEO 700 kg mol-1, son capaces de alcanzar más de 100 ciclos a C/10 y C/5. Desgraciadamente, el rendimiento de las celdas con PEO 400 kg mol-1 C/5 se pierde tras 5 ciclos, pudiendo relacionarse con el menor peso molecular del propio PEO, que aporta peores propiedades mecánicas. The significant impact of the processing on the electrode performance is one of the least developed aspects in the field of solid-state batteries (SSB) despite being a key issue for the transference of lab scale developments to production scale. To demonstrate that the knowledge of production parameters is essential and can help to overcome current SSBs limitations such as the improvement of the charge and discharge times, a set of SSBs with a lithium metal anode and a polymer electrolyte have been fabricated employing PEO, with two different molecular weights (700 kg mol-1 and 400 kg mol-1) for the catholyte preparation. The decrease in the molecular weight of the polymer allows for slurries with higher solid contents (ca. 50 wt%) that result in composite cathodes with very smooth surfaces, low porosities and decent adhesion to the current collector when laminated onto carbon coated aluminium foils. The electrochemical performance of each cathode is studied in full cell configuration obtaining discharge and charge capacities close to the theoretical ones (170 mAh g-1) even at C/5. After several cycles, composite cathodes mixed with PEO 700 kg mol-1 are able to reach more than 100 cycles at C/10 and C/5. Unfortunately, the performance of cells with PEO 400 kg mol-1 is lost after 5 cycles at C/5 which could be related with the worst mechanical properties related with the use of PEO with lower molecular weight. Egoera solidoko baterien (SSB) eremuan, prozesatzeak elektrodoaren errendimenduan duen eragina gutxien garatuenetako bat da, industria-produkziorako eskalatze bati begira funtsezko propietatea den arren. Produkzio-parametroen ezagutza SSBn mugak gainditzeko funtsezkoa dela frogatzeko (adibidez, karga/deskarga denboretan), bateria batzuk fabrikatu dira litio-anodoarekin eta PEO polimero elektrolito batekin, katodoa fabrikatzeko bi pisu molekular desberdinekin (700 kg mol-1 eta 400 kg mol-1). Pisu molekularraren jaitsierak eduki solido gehiago gehitzea ahalbidetzen du (ca. 50 wt%), azalera erregularragoarekin, porotasun baxuagoarekin eta kolektorearekiko atxikimendu ona dituzten katodo konposatuetan ateratzen dena aluminioaren gainean karbono-substratuarekin ijezten direnean. Katodoen errendimendu elektrokimikoari dagokionez, petaka-gelaxka osoetan aztertu da, eta balio teorikoetatik (170 mAh g-1) hurbil dauden karga- eta deskarga-emaitzak lortu dira, baita C/5 ekoak ere. Hainbat ziklo ondoren, PEO 700 kg mol-1 konposatuak a C/10 eta C/5 100 ziklotik gora lortzeko gai dira. Zoritxarrez, PEO 400 kg mol-1 C/5 duten gelaxken errendimendua 5 zikloren ondoren galtzen da, eta PEO beraren pisu molekular txikiagoarekin lotu daiteke, propietate mekaniko okerragoak ematen baititu
Databáze: OpenAIRE
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