présenter (qqn pour un emploi, etc.)

Avec le développement des dispositifs de stockage d'énergie de nouvelle génération, les batteries lithium-ion sont utilisées pour alimenter les appareils mobiles et les véhicules électriques, et leur demande est susceptible d'augmenter. Cependant, le lithium est cher car ce n'est pas un métal abondant. En revanche, le sodium est abondant et peu coûteux, et l'intérêt pour les batteries sodium-ion (SIB) s'est accru. Divers matériaux ont été étudiés pour être utilisés comme cathodes ou anodes dans les SIB. La plupart de ces études ont été menées sur des systèmes de demi-cellules contenant une électrode de travail (WE), une contre-électrode (CE) et, si nécessaire, une électrode de référence (RE). L'électrode de travail contient un matériau cathodique ou anodique. L'utilisation de sodium comme matériau anodique est concevable, mais serait difficile à mettre en pratique pour des raisons de sécurité.

Il existe de nombreux rapports sur le dépôt/dissolution électrochimique du lithium. Les électrodes de lithium métal présentent l'inconvénient d'une mauvaise performance en court-circuit et en cyclage en raison de la formation de "dendrites" de lithium au cours du processus de dépôt électrochimique. Le processus de dépôt électrochimique de lithium dans une solution électrolytique LiAsF2/ carbonate d'éthylène-2-méthyltétrahydrofurane de 0,5 mA/cm2 est décrit dans la Réf. Le lithium se développe à partir du fond de l'électrode de lithium et produit des plis. En conséquence, la forme du lithium précipité devient dendritique. Ensuite, le lithium commence à se déposer à l'extrémité des dendrites de lithium et aux points de pliage. La forme du lithium déposé est granuleuse. Le processus de dissolution électrochimique de la dendrite de lithium est le suivant. Le lithium granulaire sur les pointes et les points d'inflexion est dissous. Ensuite, la matrice de la dendrite est dissoute et la dendrite devient du "lithium mort". C'est l'une des raisons de la faible réversibilité des électrodes au lithium. En outre, des études sur la forme du lithium déposé par voie électrochimique dans divers électrolytes ont montré que la forme dépendait de l'électrolyte.

Comme mentionné ci-dessus, il existe une accumulation de dépôts/dissolutions électrochimiques de lithium. Cependant, il existe peu de rapports sur le dépôt/dissolution électrochimique de sodium. Il est important de comprendre le comportement (par exemple, le changement de forme pendant le cycle, la réversibilité et l'efficacité coulombienne) pour le développement du SIB. Dans cette étude, nous nous sommes concentrés sur le sodium métallique en tant qu'EC et avons observé les changements de forme du sodium déposé/dissous par voie électrochimique dans des solutions électrolytiques à base de carbonate de propylène (PC). Les solutions à base de PC sont largement utilisées comme électrolytes pour les SIB et l'utilisation d'un seul solvant nous a permis d'élucider le comportement de dépôt/dissolution. Des électrodes de sodium et de cuivre ont été utilisées comme WE, et des électrodes de sodium ont été utilisées comme CE comme système de réaction typique. Pour l'observation, nous avons utilisé le microscope optique utilisé dans nos études précédentes sur les matériaux d'anode Sn-Co. Cette technique nous a permis d'observer la section transversale de la surface de l'électrode de sodium pendant la déposition/dissolution électrochimique du sodium et d'enregistrer des vidéos de la croissance du sodium pour une observation in situ. En outre, afin d'étudier la présence de couches minces de surface telles que l'interface électrolyte solide (SEI) sur le sodium déposé, par exemple Li2CO3 et Li2O sur le lithium déposé, nous avons examiné la composition de la surface du sodium déposé à l'aide d'un microscope électronique à balayage (MEB) équipé d'un SEI.Les propriétés telles que la conductivité ionique du SEI sont importantes pour obtenir une bonne recyclabilité.

Applications

Dans cette étude, l'accent a été mis sur le comportement électrochimique de dépôt/dissolution de sodium dans une solution électrolytique à base de carbonate de propylène, observé par microscopie optique in situ. Tout d'abord, du sodium granulaire a été déposé dans les puits de l'électrode de sodium pendant le processus cathodique. Ensuite, les particules de sodium se sont développées linéairement à partir de la surface de l'électrode sous forme d'aiguilles. Au cours du processus anodique suivant, le sodium est dissous près des racines des aiguilles sur l'électrode de sodium et le "sodium mort" est détaché de l'électrode. Le mécanisme de dépôt et de dissolution électrochimique du sodium sur les électrodes de cuivre est similaire à celui des électrodes de sodium.

L'image 3 montre l'observation directe des changements morphologiques dans les électrodes de sodium ou de cuivre pendant le dépôt/dissolution électrochimique en utilisant un microscope optique in situ (Lasertec Corp., ECCS B310) de la même manière que celle rapportée précédemment. Des cellules circulaires pour l'observation microscopique ont été utilisées pour préparer des solutions en empilant des feuilles de sodium (0,2 mm d'épaisseur et 15 mm de diamètre, Kanto Chemical Corp.) ou des feuilles de cuivre (0,01 mm d'épaisseur et 15 mm de diamètre) comme WE, de l'électrolyte (1 M NaPF6/PC, Tomiyama Pure Chemicals Industries Ltd.) en polypropylène immergé (diamètre de 19 mm, Celgard) et la feuille de sodium comme CE. Comme le montre la figure supplémentaire 3(a), la cellule circulaire a été découpée en demi-cercles et la section transversale exposée de la cellule avec WE/diaphragme avec solution d'électrolyte/ CE a été préparée pour l'observation. Les cellules semi-circulaires ont ensuite été placées dans un dispositif de microscopie optique et la section transversale de la surface a été surveillée à l'aide d'un microscope optique à travers une fenêtre d'observation en saphir, comme le montre la figure supplémentaire 3(b). Les mesures électrochimiques ont été effectuées à l'aide d'un système de décharge-charge automatique à courant constant (Hokuto Denko Corp., HJ1001SD8) à un courant constant de 50 μA (57 μA/cm2) à température ambiante.

source (d'information, etc.)

Auteurs : YuhkiYui, Masahiko Hayashi & Jiro Nakamura

Institution : NTT Device Technology Labs, NTT Corporation 3-1, Morinosato Wakamiya, Atsugi-shi, Kanagawa Pref. 243-0198, Japon ; Département de chimie électronique, Interdisciplinary Graduate School of Science and Engineering, Tokyo Institute of Technology, 4259 Nagatsuta, Midori-ku, Yokohama 226- 8502, Japon. Chemistry, Interdisciplinary Graduate School of Science and Engineering, Tokyo Institute of Technology, 4259 Nagatsuta, Midori-ku, Yokohama 226- 8502, Japan. 8502, Japon.

Publié : reçu : 24 septembre 2015 ; accepté : 12 février 2016 ; publié : 01 mars 2016

Journal : The nature scientificreports

Site web de la source de l'article :Observation microscopique in situ du dépôt/dissolution de sodium sur l'électrode de sodium