A comparison between aqueous and organic electrolytes for lithium ion batteries

Sammanfattning: Många batteriers användningsområden kräver att batterierna har hög upp- och urladdningshastighet samt låg kostnad. För dessa användningsområden är vattenbaserade laddningsbara batterier (ARB) ett möjligt alternativ i och med att de är svårantändliga, har god jonledningsförmåga, lägre inre resistans, billigare elektrolytlösning och tillverkning och har potentiellt högre upp- och urladdningshastigheter.  Genom att utgå från en cell med LiMn2O4 och V2O5 som katod respektive anod, utvecklades en cell med en spänning på 1 V och prestanda för 2 mol/L LiTSFI i organisk respektive vattenlöslig lösning jämfördes i ett SEI-fritt system. Prestandan kvantifierades med avseende på urladdningskapaciteten vid olika urladdningshastigheter samt fördelningen av de interna överpotentialerna. Vid C/4 behöll den organiska elektrolyten 88,3% av den initiala kapaciteten efter 10 cykler medan den vattenlösliga behöll 98,8%. En gräns på 20 °C påvisades för den organiska elektrolyten och vid försök att gå över denna hastighet svällde pouch cellen upp. Den vattenlösliga elektrolyten, å andra sidan, bevarade 37 mAh/g vid 50 °C.  Skillnaden i potentialfördelning i de två systemen analyserades även genom att använda tunnare elektroder. Den organiska elektrolyten visade då en förbättring av prestandan vid höga hastigheter, med en urladdningskapacitet på 8,8 mAh/g vid 50 °C, jämfört med 30 mAh/g för den vattenlösliga elektrolyten. IR-fallet var 7 gånger högre för den organiska elektrolyten. Eventuell skillnad i laddningsöverföring och por-resistans kunde inte analyseras då flera processer ägde rum på samma gång i systemen, vilket gav ett impedansspektrum med en komplex associerad ekvivalent krets.