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Elektrochemische Charakterisierung der Grenzflächen von Kompositkathoden im System LiFePO4/ Polymerelektrolyt

Wurster, Verena (2019):
Elektrochemische Charakterisierung der Grenzflächen von Kompositkathoden im System LiFePO4/ Polymerelektrolyt.
Darmstadt, Technische Universität,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Elektrochemische Charakterisierung der Grenzflächen von Kompositkathoden im System LiFePO4/ Polymerelektrolyt
Language: German
Abstract:

Grenzflächenwiderstände zwischen den verschiedenen Komponenten von Batteriezellen begrenzen deren Schnelllade- und Entladefähigkeit. Diese Fähigkeit wird jedoch für verschiedene Anwendungen wie die Elektromobilität benötigt. Um Grenzflächenwiderstände zu verringern, ist es notwendig zu verstehen, an welcher Grenzfläche sie entstehen. Im Rahmen dieser Arbeit werden Festkörperbatterien auf Polymerbasis charakterisiert, welche eine Lithiumeisenphosphat (LFP)/ PEO-LiTFSI-Kompositkathode, einen Polymerelektrolyt-separator und eine Lithium-Metall-Anode enthalten. Die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) ist eine etablierte Methode zur Unterscheidung verschiedener Beiträge des Zellwiderstandes und ermöglicht somit die Charakterisierung der Grenzflächenwiderstände. Zur Charakterisierung des, im Rahmen dieser Arbeit verwendeten, komplexen Polymerelektrolytsystems, ist die Verwendung geeigneter Modellsysteme notwendig um einzelne Widerstände einer Zelle mittels Impedanzspektroskopie zuzuordnen. Mittels Photoelektronenspektroskopie (XPS) werden im Rahmen dieser Arbeit die Reaktivität und die Ausbildung von Grenzflächen zwischen den Materialien der Kompositkathode charakterisiert. Die charakterisierten Kathoden wurden mittels einer lösungsmittelfreien Prozessierung hergestellt. Der Einfluss dieser Prozessierung auf die verschiedenen Grenzflächen wird untersucht. Die Widerstände zu den, der Kathode benachbarten Schichten werden im Rahmen dieser Arbeit minimiert. Für den Widerstand zwischen Kathodenaktivmaterial LFP und Polymerelektrolyt (charge transfer Widerstand) wird eine Abhängigkeit vom Ladezustand und von der Laderichtung ermittelt. Dieses Verhalten trägt zum Verständnis der Lade-Entladekinetik des LFP bei.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Interface resistances between the different components of battery cells limit their fast charge and discharge capability as required for different applications such as electromobility. In order to decrease interfacial resistances, it is necessary to understand at which individual interface they arise and how they can be controlled. In this work, dry polymer cells containing a lithium iron phosphate (LFP)/PEO-LiTFSI composite cathode, a polymer electrolyte separator and a lithium metal anode are characterized. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) is a well-established technique for the distinction of different contributions to the internal cell resistance and allows the characterization of interface resistances. To characterize the complex polymer electrolyte system, used in this work, the use of suitable model systems is necessary to assign individual resistances in a cell by impedance spectroscopy. Photoelectron spectroscopy (XPS) is used to characterize the reactivity and the formation of interfaces between the materials of the composite cathode. The characterized cathodes were produced by dry processing. The influence of this processing on the different interfaces is investigated. The resistances to the adjacent layers are minimized in the context of this work. For the resistance between cathode active material LFP and polymer electrolyte (charge transfer resistance), a dependency on the state of charge and the charge direction is determined. This behavior contributes to the understanding of the charge-discharge kinetics of the LFP.English
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Divisions: 11 Department of Materials and Earth Sciences > Material Science
11 Department of Materials and Earth Sciences > Material Science > Surface Science
Date Deposited: 15 Nov 2019 15:39
Last Modified: 09 Jul 2020 02:42
Corresponding Links:
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-89670
Referees: Hausbrand, PD Dr. René and Ensinger, Prof. Dr. Wolfgang
Refereed: 1 July 2019
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/8967
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