Till innehåll på sidan
Till KTH:s startsida

Hybrid materials for lithium-ion batteries

Tid: Ti 2022-10-18 kl 14.00

Plats: F3, Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm

Språk: Engelska

Ämnesområde: Kemi Kemiteknik

Respondent: Cesario Ajpi Condori , Tillämpad elektrokemi, UMSA-University

Opponent: Docent Andrew Kentaro Inge, Stockholm University

Handledare: Professor Göran Lindbergh, Tillämpad elektrokemi; Doktor Anders Lundblad, RISE

Exportera till kalender

QC 2022-09-21

Abstract

Litiumjonbatterier är den viktigaste kraftkällan för elektroniska enheter som elektronik, lagring och elfordon. Forskningen och utvecklingen av nya material för olika applikationer har ökat, särskilt i utvecklingen av material med bättre elektrokemiska egenskaper (specifik kapacitet, hastighetsförmåga, hög energitäthet och cyklingstalighet). Oorganiska material som LiFePO4, LiMn2O4 och organiska material som Li4C6O6, kinoner och antrakinoner, polyanilin (PANI) och andra har studerats omfattande. Förbättring av de elektrokemiska egenskaperna involverar olika aspekter såsom: kontroll av materialens partikelstorlek, dopning med andra grundämnen och kombinationen av de olika egenskaperna hos de organiska och oorganiska materialen. Utvecklingen av hybridmaterial med förbättrade elektrokemiska egenskaper kräver en kombination av oorganiska och organiska strukturer. Denna typ av hybridmaterial är ett mycket attraktivt alternativ för utveckling av avancerade material. För utformningen av denna typ av hybridmaterial är det nödvändigt att bilda interaktioner mellan den oorganiska och organiska delen (supramolekylär kemi). Detta öppnar upp för att använda en enorm mängd organiska material som ledande polymerer och PANI (Polyanilin) är attraktiva alternativ i utvecklingen av hybridmaterial på grund av deras utmärkta elektroniska ledningsförmåga. Andra attraktiva typer av hybridmaterial är föreningar baserade på metallorganiska ramverk (MOF), koordinationspolymerer (CP) och koordinationsnätverk (CN).

Detta examensarbete är fokuserat på syntes, strukturell karakterisering och elektrokemisk karakterisering av två grupper av hybridmaterial: 1. LiFePO4-PANI syntetiserad med olika metoder. 2. Metallorganiska föreningar M-BDC-DMF med M=Ni2+, Fe2+, C8H4O2=Tereftalat=BDC=Bensendikarboxylat, DMF=N,N-dimetylformamid.

Materialen syntetiserades genom kemiska oxidationsmetoder kombinerade med termisk behandling (LiFePO4-PANI-Li hybridpulver) och genom solvotermiska metoder (M-BDCDMF). Materialen karakteriserades med SCXRD, PXRD, FTIR, SEM och den elektrokemiska karakteriseringen utfördes med CV, EIS och galvanostatiska metoder. Den specifika kapaciteten för PANI var 95 mAh/g, för LiFePO4, 120 mAh/g och för LiFePO4- PANI, 145 mAh/g vid 0,1 C. Vid 2C var kapaciteten för LiFePO4 70 mAh/g och LiFePO4-PANI, 100 mAh/g. Den specifika kapaciteten för Ni3(C8H4O4)3(C3H7NO)4 är ~50 mAh/g och Fe-BDCDMF, ~175 mAh/g.

Arbetet har visat att PANI kan förbättra prestandan hos LFP även vid högre hastigheter. För MBDC-DMF verkar stabilitet vara en fråga som bör studeras mer i framtiden.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-317479