MARC

 008260203s2023        us                              c    eng  d
■001000017366049
■00520260209102935
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798265430182
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32316584
■035    ▼a(MiAaPQ)Stanfordqc344yf4955
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a001
■1001  ▼aYusuf,  Maha.
■24510▼aUsing  Advanced  Imaging  Approaches  to  Characterize  Degradation  Modes  During  Fast-Charging  of  Lithium-Ion  Batteries
■260    ▼a[Sl]▼bStanford  University▼c2023
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2023
■300    ▼a187  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-05,  Section:  A.
■500    ▼aAdvisor:  Bao,  Zhenan;Toney,  Michael.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Stanford  University,  2023.
■520    ▼aLong  charging  times  of  lithium-ion  batteries  (LIBs)  have  impeded  the  widespread  deployment  of  electric  vehicles  (EVs).  Currently  available  EVs  cannot  charge  at  rates  like  those  of  refueling  at  a  gas  station.  Thus,  the  U.S.  Department  of  Energy  and  the  U.S.  Advanced  Battery  Consortium  has  identified  extreme  fast  charging  (XFC)  to  reduce  LIB  charging  times  to  under  10-15  minutes  as  one  of  their  main  goals  to  meet  their  national  goal  of  around  50  %  plug-in  EVs  in  U.S.  by  2030.  However,  existing  LIBs  cannot  achieve  these  XFC  goals  without  significant  capacity  fade  over  cycling.  This  is  mainly  attributed  to  the  irreversible  loss  of  lithium  (Li)  after  plating  on  the  graphite  electrode.  While  numerous  methods  have  detected  Li  plating,  they  lack  three-dimensional  (3D)  non-invasive  quantification  of  plated  Li  on  graphite  electrodes  in  full  cells  during  battery  cycling.  Advanced  imaging  approaches  using  neutrons  and  X-rays  are  promising  characterization  tools  for  non-destructive  3D  visualization  of  battery  materials.  Here,  neutrons  are  particularly  sensitive  to  detecting  Li  on  graphite  due  to  the  large  difference  in  their  total  neutron  cross-sections  (Li:C  ≈  72:6  barns)  Here,  1  barn  =  10−24  cm2.First,  I  demonstrated  the  viability  of  simultaneous  neutron-  and  X-ray  based  tomography  (NeXT)  as  a  non-destructive  imaging  platform  for  ex-situ  3D  visualization  of  graphite  electrode  degradation  following  extreme  fast  charging  (XFC).  In  addition,  I  underscored  the  benefits  of  the  simultaneous  nature  of  NeXT  by  combining  the  neutron  and  X-ray  data  from  the  same  sample  location  for  material  identification  and  segmentation  of  one  pristine  and  two  XFC-cycled  graphite  electrodes  (9C  charge  for  450  cycles).  Finally,  my  ex-situ  results  and  methodology  development  paved  the  way  for  the  design  of  NeXT-friendly  LIB  geometries  for  operando  and/or  in-situ  threedimensional  (3D)  visualization  of  electrode  degradation  during  XFC.Second,  I  outlined  the  design  and  characterization  of  a  neutron-friendly  LIB  (NFB)  coin-cell  for  visualization  of  plated  Li  at  the  separator-electrolyte-electrode  interface  during  XFC.  Using  database-derived  total  neutron  attenuation  cross-sections,  neutron  path  lengths,  and  the  expected  neutron  transmission  from  the  battery  materials  of  interest,  I  designed  our  NFB.  My  electrochemical  characterization  results  showed  that  the  NFB  can  undergo  XFC  at  6C.  My  neutron  radiography  results  exhibited  excellent  neutron  transmission,  enabling  visualization  of  the  graphite-separator-electrolyte  interface.Third,  I  investigated  the  3D  morphological  behavior  and  spatial  heterogeneities  of  plated,  dead,  and  active  Li  on  thick  graphite  anodes  following  XFC  using  the  designed  NFB.  My  results  revealed  changes  in  plated,  dead,  and  active  Li  morphologies  from  isolated  deposits  at  1C  to  mossier  and  denser  outgrowths  covering  the  entire  circumference  of  the  graphite  anode  at  6C.  Here,  dead  Li  denotes  Li  that  has  become  electronically  disconnected  from  the  rest  of  the  graphite  anode,  and  hence  cannot  find  a  pathway  back  to  the  cathode  during  battery  discharge.  My  data  also  demonstrated  different  3D  morphological  growth  mechanisms  at  1C  vs  6C,  indicating  associations  between  the  (1)  dendritic  Li  growth  and  higher  XFC-charging  rate;  (2)  root-growing  mossy  Li  and  a  relatively  slower  XFC-charging  rate.  My  3D  visualizations  exhibited  spatial  heterogeneities  of  plated,  dead,  and  active  Li,  thus  revealing  that  certain  areas  around  the  graphite  anode  cultivated  more  dead  as  compared  to  the  active  Li.Overall,  this  thesis  encompasses  neutron  and  X-ray  µ-CT  methodology  development,  and  electrochemical  engineering  to  discover  fundamental  mechanisms  of  Li  plating  behavior  during  XFC  in-situ  in  full  cell  LIBs  in  3D  non-destructively.  My  contributions  to  imaging  fast-charging  LIBs,  will  help  design  improved  batteries  for  EVs  and  other  applications  such  as  grid-scale  energy  storage.
■590    ▼aSchool  code:  0212.
■650  4▼aSoftware
■650  4▼aTomography
■650  4▼aGraphite
■650  4▼aHistograms
■650  4▼aElectrodes
■650  4▼aNeutrons
■650  4▼aScience  education
■650  4▼aPlating
■650  4▼aCopper
■650  4▼aEngineering
■650  4▼aBatteries
■650  4▼aVisualization
■650  4▼aLithium
■650  4▼aX-rays
■650  4▼aAtomic  physics
■650  4▼aMedical  imaging
■690    ▼a0537
■690    ▼a0714
■690    ▼a0748
■690    ▼a0574
■71020▼aStanford  University.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-05A.
■790    ▼a0212
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2023
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17366049▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

미리보기

내보내기

chatGPT토론

Ai 추천 관련 도서