Solid Fluoride Electrolytes and Their Composite with Carbon: Issues and Challenges for Rechargeable Solid State Fluoride-Ion Batteries
| Autor: | Monique Body, Antonin Grenier, Christophe Legein, Ana Gabriela Porras-Gutierrez, Mickaël Dollé, Damien Dambournet, Fabien Chrétien, Henri Groult, Encarnacion Raymundo-Piñero |
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| Přispěvatelé: | PHysicochimie des Electrolytes et Nanosystèmes InterfaciauX (PHENIX), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-ESPCI ParisTech-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut des Molécules et Matériaux du Mans (IMMM), Le Mans Université (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation (CEMHTI), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO), Université de Montréal [Montréal], Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Le Mans Université (UM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université d'Orléans (UO)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Université de Montréal (UdeM), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université d'Orléans (UO) |
| Rok vydání: | 2017 |
| Předmět: |
Anions
Materials science Composite number Inorganic chemistry chemistry.chemical_element 02 engineering and technology Electrolyte 010402 general chemistry Electrochemistry 01 natural sciences 7. Clean energy Electrochemical cells chemistry.chemical_compound Ionic conductivity Redox reactions Physical and Theoretical Chemistry Electrodes Composites [PHYS]Physics [physics] 021001 nanoscience & nanotechnology 0104 chemical sciences Surfaces Coatings and Films Electronic Optical and Magnetic Materials General Energy chemistry 13. Climate action Electrode Lithium 0210 nano-technology Fluoride Carbon |
| Zdroj: | Journal of Physical Chemistry C Journal of Physical Chemistry C, American Chemical Society, 2017, ⟨10.1021/acs.jpcc.7b07988⟩ Journal of Physical Chemistry C, 2017, ⟨10.1021/acs.jpcc.7b07988⟩ |
| ISSN: | 1932-7455 1932-7447 |
| Popis: | International audience; Solid-state batteries relying on fluoride-ion shuttle are still at their early stage of development. Assessing the fluoride solid electrolyte’s electrochemical stability and its conduction properties in a mixture with carbon, as well as the possible interaction of fluoride-ion with carbon both during the electrode preparation and upon electrochemical reactions, are mandatory to enable future practical applications. Here, we discuss these points using LaF3 doped with BaF2 (La0.95Ba0.05F2.95, LBF) as a benchmark solid fluoride electrolyte. We establish that lithium may be used as a pseudo-reference electrode to assess the electrochemical stability window of LBF and support the experiment with thermodynamic calculations. We demonstrate the chemical compatibility of LBF with carbon upon ball-milling, and investigate the electrical conductivity of the formed LBF-C composite. We use a LBF|LBF-C|LBF cell (in this configuration, LBF serves as electronically blocking electrode) to assess the ionic conductivity of the LBF-C composite. The results confirm that both electronic and ionic percolations are insured within the LBF-C composite despite a noticeable decrease of the ionic conductivity. Finally, we use a Li|LBF|LBF-C cell to evaluate the electrochemical fluorination of the carbon in the LBF-C composite. Our results suggest an electrochemical activity of carbon with fluoride ions. The possible interactions of carbon with fluorides to form insulating carbon fluoride (CFx) must be considered when determining the operating voltage of FIBs. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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