uu.seUppsala universitets publikationer
Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Iron based Li-ion insertion materials for battery applications
Uppsala universitet, Teknisk-naturvetenskapliga vetenskapsområdet, Kemiska sektionen, Institutionen för kemi - Ångström, Strukturkemi. Uppsala universitet. (Ångström Advanced Battery Center)
2016 (Engelska)Licentiatavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

Li-ion batteries are currently the most efficient technology available for electrochemical energy storage. The technology has revolutionized the portable electronics market and is becoming a corner stone for large scale applications, such as electric vehicles. It is therefore important to develop materials in which the energy storage relies on abundant redox active species, such as iron. In this thesis, new iron based electrode materials for positive electrodes in Li-ion batteries were investigated. Lithium iron pyrophosphate (Li2FeP2O7) and two polymorphs of lithium iron sulphate fluoride (LiFeSO4F) were studied.

For Li2FeP2O7, preferred oxidation of iron with different coordination numbers within the crystal structure was studied, and six-coordinated iron was found to be oxidized preferentially at lower potentials compared to five‑coordinated iron. Electrochemical cycling resulted in structural changes of Li2FeP2O7 through an increased Li-Fe mixing in the compound, forming a metastable state during battery operation.

For tavorite LiFeSO4F, the influence of the amount of a conductive polymer (poly(3,4-ethylenedioxythiophene), or PEDOT) was studied. All the different amounts of PEDOT coating reduced the polarization significantly, but the trade-off between functionality and weight added also has to be considered. Additionally, the effect of densifying the electrodes to different degrees is reported, and was found to have a significant influence on the battery performance. Also triplite LiFeSO4F was coated with PEODT, and it was found that the electrochemical performance improved, but not to the same extent as for tavorite LiFeSO4F. The faster solid state transport of Li-ions in tavorite type LiFeSO4F possibly accounts for the difference in electrochemical performance.

Together, the results presented herein should be of importance for developing new iron based materials for Li-ion batteries.

Abstract [sv]

Av de idag tillgängliga teknologierna för elektrokemisk energilagring så har litium-jonbatterier de bästa egenskaperna när det gäller energiförluster och energilagringskapacitet. De har revolutionerat marknaden för portabel elektronik (telefoner, laptops etc.), och blir mer och mer viktiga för storskaliga tillämpningar såsom elbilar. För den typen av applikationer måste teknologin baseras på vanligt förekommande material och grundämnen, t.ex. järn.

I den här avhandlingen har järnbaserade material för den positiva elektroden hos litium-jonbatterier studerats. Olika aspekter som påverkar spänningen och effektiviteten hos elektroderna har undersökts. Ett exempel på det är hur olika omgivningar kring järnatomerna i en förening påverkar spänningen hos ett batteri. För föreningen litiumjärnpyrofosfat visade det sig att sex närmaste grannar ger lägre spänning än fem närmaste grannar till järn. Dessutom har förändringar i föreningens struktur studerats då den används i ett batteri. Den här typen av grundforskning är viktig för förståelsen av nya elektrodmaterial i Li-jonbatterier.

Ur en mer praktisk synvinkel så har elektroder baserade på en annan järnförening, litiumjärnsulfatfluorid, utvecklats. Ledningsförmågan hos dessa elektroder har förbättrats genom att belägga föreningen med ett ledande skikt, samt att mekaniskt pressa samman elektroderna genom mangling. Båda metoderna är viktiga för att tillverka välfungerande elektroder. Föreningen litiumjärnsulfatfluorid förekommer i två olika former, och en jämförelse av hur elektriskt ledande beläggningar påverkar de bägge materialen har också gjorts i den här avhandlingen.

Tillsammans visar resultaten från de olika studierna på hur man kan arbeta och tänka kring utvecklingen av nya material för litium-jonbatterier.  

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Uppsala University, Department of Chemistry - Ångström Laboratory , 2016. , s. 39
Nyckelord [en]
Li-ion, battery, Li2FeP2O7, LiFeSO4F, PEDOT
Nationell ämneskategori
Oorganisk kemi
Forskningsämne
Kemi med inriktning mot oorganisk kemi
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:uu:diva-281263OAI: oai:DiVA.org:uu-281263DiVA, id: diva2:913544
Presentation
2016-04-12, Å2005, Ångström Laboratory, Lägerhyddsvägen 1, Uppsala, 13:15 (Engelska)
Opponent
Handledare
Forskningsfinansiär
Stiftelsen för strategisk forskning (SSF), EMI11-0028Tillgänglig från: 2016-03-22 Skapad: 2016-03-21 Senast uppdaterad: 2016-03-22Bibliografiskt granskad
Delarbeten
1. Structural and Electronic Changes in Li2FeP2O7 during Electrochemical Cycling
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Structural and Electronic Changes in Li2FeP2O7 during Electrochemical Cycling
Visa övriga...
2015 (Engelska)Ingår i: Chemistry of Materials, ISSN 0897-4756, E-ISSN 1520-5002, Vol. 27, nr 11, s. 3801-3804Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Nationell ämneskategori
Kemi Fysik
Identifikatorer
urn:nbn:se:uu:diva-258346 (URN)10.1021/acs.chemmater.5b00440 (DOI)000356202800004 ()
Tillgänglig från: 2015-07-13 Skapad: 2015-07-13 Senast uppdaterad: 2017-12-04Bibliografiskt granskad
2. Battery Performance of PEDOT Coated LiFeSO4F Cathodes with Controlled Porosity
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Battery Performance of PEDOT Coated LiFeSO4F Cathodes with Controlled Porosity
Visa övriga...
(Engelska)Manuskript (preprint) (Övrigt vetenskapligt)
Nyckelord
Li-ion battery, cathode material, Tavorite, LiFeSO4F, fluorosulfate, conductive coating, PEDOT, porosity, electrochemical performance
Nationell ämneskategori
Materialkemi
Forskningsämne
Kemi med inriktning mot oorganisk kemi
Identifikatorer
urn:nbn:se:uu:diva-281262 (URN)
Forskningsfinansiär
Stiftelsen för strategisk forskning (SSF), EM11-0028
Tillgänglig från: 2016-03-21 Skapad: 2016-03-21 Senast uppdaterad: 2016-04-05Bibliografiskt granskad
3. Investigating the Electrochemical Performance of PEDOT-coated Triplite-type LiFeSO4F Cathode Material
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Investigating the Electrochemical Performance of PEDOT-coated Triplite-type LiFeSO4F Cathode Material
Visa övriga...
(Engelska)Manuskript (preprint) (Övrigt vetenskapligt)
Nationell ämneskategori
Materialkemi
Identifikatorer
urn:nbn:se:uu:diva-262677 (URN)
Tillgänglig från: 2015-09-18 Skapad: 2015-09-18 Senast uppdaterad: 2016-03-22

Open Access i DiVA

licThesis(1320 kB)1547 nedladdningar
Filinformation
Filnamn FULLTEXT01.pdfFilstorlek 1320 kBChecksumma SHA-512
10e2acde679c2206e1b16e8b2bc11fc714fe8cc2864baa618e2ca051766063341f79a7d1dc606d00d5a2998e1efdbc41ff96fa76e250ba95ee506c96dd58b06c
Typ fulltextMimetyp application/pdf

Personposter BETA

Blidberg, Andreas

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Blidberg, Andreas
Av organisationen
Strukturkemi
Oorganisk kemi

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar
Totalt: 1547 nedladdningar
Antalet nedladdningar är summan av nedladdningar för alla fulltexter. Det kan inkludera t.ex tidigare versioner som nu inte längre är tillgängliga.

urn-nbn

Altmetricpoäng

urn-nbn
Totalt: 1187 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf