Design, Synthesis, and Characterization of New Generation Lithium Batteries

Abstract

In the last years, Li-ion batteries received great attention because of the increasing energetics requirements of modern society across a broad range of applications. We need to switch to renewable source energy and be able to storage it. Hence, modern electrochemistry faces a great challenge in developing rechargeable batteries whose materials meet the requirement for excellent features, as very prolonged stability and cycle life, safe, low cost, abundant as possible and ecofriendly. erein, different materials are characterized electrochemically: LiFePO4 anode, Li-O2 batteries and the innovative CH3NH3PbBr3 anode. Impedance spectroscopy allows us to identify the kinetics limitation for each type of electrode. Furthermore, by coupling the electrochemical process with operando-XRD, the structure evolution during lithiation is investigated in the perovskite anode to propose for the first time a possible mechanism based on three steps: insertion, where coexist pristine material and lithiated phase; irreversible lead conversion and Li-Pb alloying. his work demonstrates that EIS is a testing tool that makes accessible the connection between electrochemical mechanism and electrode morphology and constituents.

En els darrers anys, les bateries liti-ió han rebut una gran atenció a causa dels requeriments energètics de la societat actual per a nombroses aplicacions. És necessari canviar a fonts d'energia renovables i ser capaços d'emmagatzemar-la. Per això, l'electroquímica moderna s'enfronta a un gran repte: el desenvolupament de bateries recarregables amb materials abundants i sostenibles, i que a més posseeixquen una llarga estabilitat i durabilitat, seguretat, i siguin de baix cost. n aquesta tesi diferents materials han segut estudiats: ànodes de LiFePO4, bateries Li-O2 i l’ànode innovador de CH3NH3PbBr3. L'espectroscòpia d'impedància ens permet identificar la limitació de la cinètica per a cada tipus d'elèctrode. A més, mitjançant l’acoblament del procés electroquímic amb l’operando-XRD, s’investiga l’evolució de l’estructura durant la litiació en l’ànode de perovskita per proposar per primera vegada un possible mecanisme basat en tres passos: la inserció, on coexisteixen el material pristi i litiat; conversió irreversible de plom i aliatge Li-Pb. quest treball demostra que EIS és una eina que fa accessible la connexió entre el mecanisme electroquímic i la morfologia dels elèctrodes i els seus components.