Study of Li Metal/C Paper Electrodes for Li/S Batteries By Operando Dilatometry
Notice bibliographique
Résumé
The use of Li metal anode in rechargeable batteries such as Li-S and Li-air is challenging due to the uncontrolled formation of lithium dendrites during repeated charge/discharge cycling, which induces various issues such as cell short circuit, aggravated adverse reactions, dead Li formation, polarization increase and large volume changes, resulting in safety concerns and low coulombic efficiencies [1]. Different characterization techniques have been used to study Li metal electrode morphological changes associated with Li dendrite formation such as scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, atomic force microscopy and optical microscopy [2]. A large part of these characterizations were performed ex situ or in situ but under static conditions (no cycling) or operando using open cell requiring none volatile electrolyte, giving limited information on the Li growth dynamics in real systems. Recently, operando synchrotron X-ray tomography has been used to visualize the morphological evolution of Li metal electrodes in various cell configurations (e.g. Li-S cell [3]). However, the limited access to beamtime at synchrotron X-ray sources and challenges with data processing (image segmentation, volume reconstruction, artefact minimization, etc.) are major drawbacks. In the present study, a simple and low-cost method is used to monitor the electrode thickness variation associated with the Li plating/stripping process. This technique, named ‘’electrochemical dilatometry’’, consists in integrating a gap sensor or a displacement transducer within the electrochemical cell for measuring the vertical displacement of the working electrode during its cycling. It has been successfully applied for studying the volume expansion/contraction of Si-based electrodes for Li-ion batteries [4]. To the best of our knowledge, electrochemical dilatometry has never been applied to the study of Li metal electrodes. In the present study, this technique is used for studying the expansion/contraction behavior of electrodes integrating commercial porous C papers as 3D matrices for Li electrodeposition and compared to what is observed on a 2D Cu foil substrate (Figure 1). References [1] X.B. Cheng, R. Zhang, C.Z. Zhao, Q. Zhang, Toward safe lithium metal anode in rechargeable batteries: a review, Chem. Rev 117 (2017) 10403-10473. [2] D. Lin, Y. Liu, Y. Cui, Reviving the lithium metal anode for high-energy batteries, Nat. Nanotechnol. 12 (2017) 194-206. [3] G. Torin, G. Vaughan, R. Boucher, F. Alloin, M. Di Michiel, L. Boutafa, J.F. Colin, C. Barchasz, Multiscale characterization of lithium/sulfur battery coupling operando X-ray tomography and spatially-resolved diffraction, Sci. Rep. 7 (2017) 2755. [4] A. Tranchot, P-X. Thivel, H. Idrissi, L. Roué, Impact of the slurry pH on the expansion/contraction behavior of silicon/carbon/carboxymethylcellulose electrodes for Li-ion batteries. J. Electrochem. Soc. 163 (2016). Figure 1
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».