008240612s2023      us  |||||||||||||||c||eng  d
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■020    ▼a9798380382984
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI30422392
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a621
■1001  ▼aHoloubek,  John.
■24510▼aIon  (De)Solvation,  Charge-Transfer,  and  the  Temperature-Dependent  Behavior  of  Li  Metal  Batteries▼h[electronic  resource]
■260    ▼a[S.l.]:▼bUniversity  of  California,  San  Diego.  ▼c2023
■260  1▼aAnn  Arbor  :▼bProQuest  Dissertations  &  Theses,  ▼c2023
■300    ▼a1  online  resource(148  p.)
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  85-03,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Liu,  Ping;Chen,  Zheng.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  California,  San  Diego,  2023.
■506    ▼aThis  item  must  not  be  sold  to  any  third  party  vendors.
■520    ▼aImproving  the  performance  of  secondary  batteries  is  crucial  to  the  ubiquity  of  renewable  energy  technologies  such  as  electric  transport,  grid  storage,  and  the  operation  of  advanced  portable  electronics.  To  improve  the  energy  density  of  these  systems,  significant  effort  has  been  made  to  replace  the  graphite  anode  found  in  conventional  Li-ion  batteries  with  lithium  metal.  Additionally,  the  electrochemical  kinetics  of  commercial  batteries  are  currently  insufficient  to  provide  charging  times  comparable  to  standard  refueling  periods,  and  to  deliver  power  at reduced  operating  temperatures.  Unfortunately,  applying  Li  metal  cells  under  such  conditions  compounds  these  issues  due  to  an  increased  risk  of  cell  shorting  due  to  dendritic  growth  and  reduced  cyclability  of  Li  metal  itself.  To  achieve  such  operation  conditions  in  high-energy  Li  metal  batteries,  the  kinetics  barriers  associated  with  diffusion  of  Li+  within  the  bulk  of  the  electrode  materials,  migration  of  Li+  through  the  solid-electrolyte-interphase  (SEI),  diffusion  of  Li+  through  the  electrolyte  bulk,  and  charge-transfer  at  the  electrode  interphase  must  be  enhanced.  Though  there  are  well-established  strategies  developed  to  optimize  the  first  three  of  these  processes,  understanding  and  designing  the  charge  transfer  process  remains  as  a  frontier.The  following  dissertation  describes  our  work  to  understand  the  impact  of  and  design  the  Li+  solvation  structure  on  charge-transfer  kinetics  and  temperature-dependent  Li  metal  anode  behavior  at  reduced  temperature.  First,  we  find  that  Li  metal  batteries  applying  conventional  electrolytes  ultra-low  temperatures  (    -30  oC)  undergo  catastrophic  shorting  events  due  to  charge  transfer  limitations,  which  is  significantly  mitigated  in  weakly-solvated  electrolytes.  Second,  we  develop  next-generation  computational  techniques  to  probe  this  behavior  at  the  interface,  which  reveals  that  anion  coordination  of  the  Li+  ion  hastens  the  desolvation  process  relative  to  conventional  solvent-dominated  structures.  Lastly,  we  employ  these  insights  to  demonstrate  that  the  charge-transfer  kinetics  and  low-temperature  Li  metal  performance  of  cells  employing  conventional  solvents  can  be  significantly  improved  through  the  induction  of  said  ion-pairing.  This  work  improves  the  operating  versatility  of  high-energy  Li  metal  batteries  while  advancing  our  understanding  of  the  structure-defined  desolvation  process  crucial  to  charge-transfer  at  the  electrochemical  interface.
■590    ▼aSchool  code:  0033.
■650  4▼aEnergy.
■650  4▼aChemistry.
■650  4▼aChemical  engineering.
■653    ▼aBattery
■653    ▼aElectrolyte
■653    ▼aSolvation
■653    ▼aElectrochemical  interface
■653    ▼aCatastrophic  shorting
■690    ▼a0791
■690    ▼a0485
■690    ▼a0542
■71020▼aUniversity  of  California,  San  Diego▼bNanoEngineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g85-03B.
■773    ▼tDissertation  Abstract  International
■790    ▼a0033
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2023
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T16931763▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.
■980    ▼a202402▼f2024