Wetenschappers ontdekken simpele oorzaak van langzame zelfontlading van li-ions..

[Micele]

Nu nog de oplossing zoeken die langzame zelfontlading te minimaliseren, ook heel klein beetjes helpen energie te sparen, zeker bij langdurige energie-opslag.
Dus een veel stabieler materiaal dan PET (polyethyleentereftalaat)

https://www.teslarati.com/tesla-rese...ry-discharges/

Tesla-funded researchers discover surprising detail about lithium-ion battery discharges

Geplaatst op 6 februari 2023

Een potentieel cruciale reden achter de neiging van lithium-ionbatterijen tot zelfontlading is blijkbaar ontdekt door onderzoekers van het door Tesla gefinancierde onderzoekscentrum voor batterijen aan de Dalhousie University. Wat vrij opmerkelijk was, was dat de bevindingen van de groep verbazingwekkend eenvoudig maar potentieel diepgaand waren.

Elektronische producten zoals smartphones en laptops hebben na verloop van tijd de neiging zichzelf te ontladen. Het is een maar al te bekend scenario, waarbij een apparaat zijn batterijlading verliest ondanks dat het een tijdje niet is gebruikt. Maar hoewel dit tegenwoordig als normaal wordt beschouwd, hebben onderzoekers van de Dalhousie University mogelijk de boosdoener ontdekt voor zelfontladende lithium-ionbatterijen.

Dr. Michael Metzger, een assistent-professor en de Herzberg-Dahn-leerstoel en in de afdeling Natuurkunde en Atmosferische Wetenschappen aan de Dalhousie University, merkte op dat een commerciële tape die elektroden bij elkaar houdt in lithium-ionbatterijen een belangrijke bijdrage kan leveren aan de zelf- ontladingsproces.

"In commerciële batterijcellen is er tape - zoals Scotch tape - dat de elektroden bij elkaar houdt, en er is een chemische ontleding van deze tape, waardoor een molecuul ontstaat dat leidt tot zelfontlading. In ons laboratorium doen we veel zeer complexe experimenten om batterijen te verbeteren, maar deze keer ontdekten we iets heel eenvoudigs. Het is heel eenvoudig - het zit in elke plastic fles, en niemand had gedacht dat dit zo'n enorme impact heeft op hoe de lithium-ioncellen afbreken," zei Dr. Metzger.

Om lithium-ionbatterijcellen en hun zelfontladingsgedrag te begrijpen, openden Dr. Metzger en zijn team verschillende cellen en stelden ze bloot aan verschillende temperaturen. Tot hun verbazing ontdekte het team dat de elektrolytoplossing in de cel felrood was. Bij verder onderzoek plaatste het team cellen met een gemeenschappelijke elektrolytoplossing in ovens bij vier verschillende temperaturen. Er werden vier verschillende oventemperaturen gebruikt, variërend van 25°C tot 70°C. Het celmonster bij 25°C bleef helder, terwijl het monster bij 55°C lichtbruin werd en dat bij 70°C bloedrood werd. Het team voerde vervolgens een chemische analyse uit om de samenstelling van de elektrolyt te onderzoeken.

Hieronder volgen de observaties van het team.

"Toen ontdekten (de onderzoekers) dat het polyethyleentereftalaat, of PET, in de tape ontleedt en het molecuul creëert dat leidt tot zelfontlading. Het molecuul wordt een redox-shuttle genoemd omdat het naar de positieve kant van de elektrode kan reizen, dan naar de negatieve kant en dan weer terug naar de positieve kant. Het pendelt dus tussen de elektroden en dat zorgt voor zelfontlading, net zoals lithium hoort te doen. Het probleem is dat het shuttle-molecuul het de hele tijd op de achtergrond doet, zelfs als er geen lithium hoort te bewegen als de batterij daar gewoon zit.

"Het is iets wat we nooit hadden verwacht, omdat niemand kijkt naar deze inactieve componenten, deze tapes en plastic folies in de batterijcel, maar het moet echt worden overwogen als je nevenreacties in de batterijcel wilt beperken," zei Dr. Metzger.

De bevindingen van Dr. Metzger en zijn team zijn hieronder te vinden:

https://de.scribd.com/document/62409...518#from_embed

originele link:

https://www.dal.ca/news/2023/01/16/d...discharge.html

Dal researchers' chance discovery could help extend battery life by replacing tape that causes selfdischarge
(...)

An unexpected discovery

Dr. Metzger and his colleagues wanted to understand why lithium-ion battery cells self-discharge. As part of their research, they opened several cells after exposing them to different temperatures.

They were stunned to see that the electrolyte solution in the cell was bright red, something they had never seen before.

They then began exploring the cause, placing cells with common electrolyte solution into ovens at four different temperatures. One at 25 C remained clear, while the sample at 55 C was light brown and the highest one at 70C was blood red. They did a chemical analysis and looked at the chemical composition of the electrolyte.

That's when they found that the polyethylene terephthalate, or PET, in the tape decomposes and creates the molecule that leads to the self-discharge. The molecule is called a redox shuttle because it can travel to the positive side of the electrode, then to the negative side and then back to the positive side. So, it shuttles between the electrodes and that creates the self-discharge, just like lithium is supposed to do. The problem is that the shuttle molecule is doing it all the time in the background, even when no lithium is supposed to move when the battery just sitting there.

"It's something we never expected because no one looks at these inactive components, these tapes and plastic foils in the battery cell but it really needs to be considered if you want to limit side reactions in the battery cell," he says of the tape made from PET, a strong, lightweight plastic used widely in packaging and pop bottles.

Commercially relevant

The researchers outlined their findings in two new papers and are catching the attention of industrial heavyweights seeking ways to improve their batteries' performance.

Dr. Metzger recently visited a company in the States that relies on dependable, long-lasting batteries, and was asked about the tape issue after hearing about Dr. Metzger's novel discovery.

"The self-discharge is a super important metric for them," says Dr. Metzger. "One of the engineers said, 'I heard you guys found out something is wrong with PET tape.' So, I explained to him that it's causing this self-discharge and asked him, 'What are you using in your cells?' He said, 'PET tape.'"

The information could lead to a fix that might involve replacing the PET tape with a more stable material that won't degrade.

"It's a commercially relevant discovery. It's a small thing but it can definitely help improve battery cells," he says.

Alison Auld - January 16, 2023

[kelt]

Inderdaad nogal onverwacht....

...Het zal mogelijk nog niet eenvoudig en goedkoop zijn een goeie vervanger te vinden voor dergelijke tapes die "commodity" zijn.

[Micele]

Oorspronkelijk geplaatst door kelt

Inderdaad nogal onverwacht....

...Het zal mogelijk nog niet eenvoudig en goedkoop zijn een goeie vervanger te vinden voor dergelijke tapes die "commodity" zijn.

Daar zal men wel snel iets beters voor vinden, de batterijlabo's van heel de wereld zijn al druk aan het experimenteren neem ik aan.

Die studie kent nu wel iedereen:
https://iopscience.iop.org/article/1...45-7111/acb10c

[De schoofzak]

Mooi. Techniek en wetenschap zijn onze vooruitgang.

[Micele]

En een snelle oplossing reikten ze al aan, te vinden onderaan in het Abstract.

2% gewichtsprocent vinyleencarbonaat toevoegen...

Abstract

Ongewenste parasitaire reacties in lithium-ioncellen leiden tot zelfontlading en inefficiëntie, vooral bij hoge temperaturen. Om de aard van die reacties te begrijpen, onderzoekt deze studie de open circuit opslagverliezen van LFP/grafiet- en NMC811/grafiet-zakjescellen met gewone alkylcarbonaatelektrolyten. De cellen voeren een opslagtest uit bij 40 °C met een open circuitperiode van 500 uur na vorming bij temperaturen tussen 40 °C en 70 °C. Cellen gevormd bij verhoogde temperatuur vertoonden een hoog omkeerbaar opslagverlies dat zou kunnen worden toegeschreven aan een redox-shuttle die tijdens de vorming in de elektrolyt werd gegenereerd. Een spanningsbehoud na formatie kan de shuttle-geïnduceerde zelfontlading verminderen, zoals aangegeven door aanzienlijk lagere omkeerbare opslagverliezen, de afwezigheid van pendelstromen in cyclische voltammetrie en verbeterde metrieken in cyclussen met ultrahoge precisie. De toevoeging van twee gewichtsprocent vinyleencarbonaat kan de vorming van een redox-shuttle voorkomen en leidt tot vrijwel geen omkeerbare zelfontlading.

Abstract

Unwanted parasitic reactions in lithium-ion cells lead to self-discharge and inefficiency, especially at high temperatures. To understand the nature of those reactions this study investigates the open circuit storage losses of LFP/graphite and NMC811/graphite pouch cells with common alkyl carbonate electrolytes. The cells perform a storage test at 40 °C with a 500 h open circuit period after formation at temperatures between 40 °C and 70 °C. Cells formed at elevated temperature showed a high reversible storage loss that could be assigned to a redox shuttle generated in the electrolyte during formation. A voltage hold after formation can reduce the shuttle-induced self-discharge as indicated by significantly lower reversible storage losses, the absence of shuttling currents in cyclic voltammetry and improved metrics in ultra-high precision cycling. The addition of two weight percent vinylene carbonate can prevent redox shuttle generation and leads to almost zero reversible self-discharge.

https://iopscience.iop.org/article/1...45-7111/acb10c

Maar dat kan alvast beter (almost zero is niet zero), want vinyleencarbonaat is al langer gekend bij Li ions:

https://en.wikipedia.org/wiki/Vinylene_carbonate

Vinylene carbonate is used widely as an electrolyte additive for lithium-ion batteries where it promotes the formation of an insoluble film between the electrolyte and the negative electrode: the SEI (solid-electrolyte-interface).[17] This polymer film allows ionic conduction, but prevents the reduction of the electrolyte at the negative (graphite) electrode and contributes significantly to the long-term stability of lithium-ion batteries.[18][19] A 2013 publication suggests that the cyclic sultone 3-fluoro-1,3-propanesultone (FPS) is superior to vinylene carbonate in SEI formation.[20]

Since 1,3-propane sultone (on which FPS is based) is classified as a particularly dangerous carcinogenic substance, a significant hazard potential must also be assumed for FPS.