Många batteriers användningsområden kräver att batterierna har hög upp- och urladdningshastighet samt låg kostnad. För dessa användningsområden är vattenbaserade laddningsbara batterier (ARB) ett möjligt alternativ i och med att de är svårantändliga, har god jonledningsförmåga, lägre inre resistans, billigare elektrolytlösning och tillverkning och har potentiellt högre upp- och urladdningshastigheter. Genom att utgå från en cell med LiMn2O4 och V2O5 som katod respektive anod, utvecklades en cell med en spänning på 1 V och prestanda för 2 mol/L LiTSFI i organisk respektive vattenlöslig lösning jämfördes i ett SEI-fritt system. Prestandan kvantifierades med avseende på urladdningskapaciteten vid olika urladdningshastigheter samt fördelningen av de interna överpotentialerna. Vid C/4 behöll den organiska elektrolyten 88,3% av den initiala kapaciteten efter 10 cykler medan den vattenlösliga behöll 98,8%. En gräns på 20 °C påvisades för den organiska elektrolyten och vid försök att gå över denna hastighet svällde pouch cellen upp. Den vattenlösliga elektrolyten, å andra sidan, bevarade 37 mAh/g vid 50 °C. Skillnaden i potentialfördelning i de två systemen analyserades även genom att använda tunnare elektroder. Den organiska elektrolyten visade då en förbättring av prestandan vid höga hastigheter, med en urladdningskapacitet på 8,8 mAh/g vid 50 °C, jämfört med 30 mAh/g för den vattenlösliga elektrolyten. IR-fallet var 7 gånger högre för den organiska elektrolyten. Eventuell skillnad i laddningsöverföring och por-resistans kunde inte analyseras då flera processer ägde rum på samma gång i systemen, vilket gav ett impedansspektrum med en komplex associerad ekvivalent krets. / For several battery applications, high dis-/charge rate and low cost are imperatives. It is for these applications that aqueous rechargeable batteries (ARB) rise as potential candidates given the non-flammability, potentially higher ionic conductivity and dis-/charge rates, lower internal resistances and lower price of the electrolyte solvents and manufacture. By benchmarking a cell with LiMn2O4 and V2O5 as cathode and anode, respectively, a cell with an operating voltage window of 1 V was developed and the performance of 2 mol/L LiTFSI in organic and aqueous solvent compared in a SEI-free system. This performance was quantified in terms of discharge capacity at different rates of discharge and the distribution of internal overpotentials. At C/4, the organic electrolyte held 88.3% of the initial capacity after 10 cycles while the aqueous, 98.8%. A limit of 20 °C for the organic electrolyte was seen, and at the attempt of cycling above this rate, swelling of the pouch cell took place. The aqueous electrolyte, on the other hand, conserved 37 mAh/g at 50 °C. The difference of overpotentials distribution in both systems was also assessed by employing thinner electrodes. The organic electrolyte showed then an improvement on high-rate performance, reaching 50 °C, but with a discharge capacity of 8.8 mAh/g, against 30 mAh/g for the aqueous electrolyte. The IR-drop was 7 times higher for the organic electrolyte. The differentiation between charge-transfer and pore resistance, however, was not possible, because of the presence of several processes taking place at similar time-scales in both systems, yielding an impedance spectra with a complex associated equivalent circuit.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-302287 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Quintans De Souza, Gabriel |
| Publisher | KTH, Kemiteknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-CBH-GRU ; 2021:222 |
Page generated in 0.003 seconds