Tools for characterizing performance degradation in lithium-ion batteries
Tid: Fr 2023-06-09 kl 10.00
Plats: K1, Teknikringen 56, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/meeting/register/u5Etce6sqTstE9Y4nbFlbiRT1GFpb5apYS_f
Språk: Engelska
Ämnesområde: Kemiteknik
Respondent: Alexander J. Smith , Tillämpad elektrokemi
Opponent: Professor Martin Winter, University of Münster
Handledare: Professor Rakel Wreland Lindström, Tillämpad elektrokemi; Professor Göran Lindbergh, Tillämpad elektrokemi; Doktor Pontus Svens, Tillämpad elektrokemi
QC 2023-05-11
Abstract
Litiumjonbatterier har haft en stor betydelse för samhällsutvecklingen då de möjliggjort allt från bärbar elektronik till elektromobilitet och balansering av elnätet. Tyvärr tappar batterier prestanda över tid, både genom försämrad kapacitet och effekt. Den gradvisa försämringen beror främst på interna elektrokemiska processer, varav förluster av cyklingsbart litium genom plätering av litiummetall eller tillväxt av deponerade skikt av nedbrytningsmaterial, så kallat SEI-skikt, är typiska. Andra mekanismer är degradering av de elektrokemiskt aktiva materialen och/eller förluster i ledningsförmåga. Avhandlingen behandlar ett stort antal battericeller som åldrats och därefter analyserats elektrokemiskt både under och efter cyklingen. Syftet har varit att förbättra förståelsen av degradering av olika batterityper som funktion av hur de har använts. I arbetet ingår labbceller såväl som kommersiellt tillgängliga cylindriska och prismatiska celler med nickelrik cellkemi ämnade för fordons-tillämpningar.
Kompletterande in situ och post mortem metoder har utvecklas med relevans såväl för forskning som för kontrollsystem för batterier. Utförlig identifiering av åldringsprocesser är möjlig med en kombination av differentiella spännings- och kapacitetsanalyser. Derivatan av en långsam upp- eller urladdningscykel ger nyttig information om åldrings-processerna som pågår. Arbetet i den här avhandlingen syftar till att förbättra metoderna särskilt gällande elektroder med fler än en aktiv komponent. Dynamiska driftegenskaper påvisades med mätningar av polarisering och impedans, samt strömpulsmetoder. Slutligen har en metodik utvecklats för att kvantitativt bestämma förekomsten av litiumplätering och SEI i post mortem analys med kärnmagnetisk resonansspektroskopi. Med dessa metoder kan vi förbättra kontrollen av batterier för att förlänga deras livslängd, vilket gynnar såväl fortsatt forskning som en säkrare och mer tillförlitlig användning av batterier i framtiden.