Unlocking cell chemistry evolution with operando fibre optic infrared spectroscopy in commercial Na(Li)-ion batteries

电解质 电池(电) 光谱学 离子 材料科学 电极 红外线的 纳米技术 化学 光电子学 功率(物理) 光学 物理 量子力学 物理化学 有机化学
作者
Charlotte Gervillié,Catherine Boussard‐Plédel,Jiaqiang Huang,Cédric Leau,Laura Albero Blanquer,Mouna Ben Yahia,Marie‐Liesse Doublet,Steven T. Boles,Xianghua Zhang,Jean‐Luc Adam,Jean‐Marie Tarascon
出处
期刊:Nature Energy [Nature Portfolio]
卷期号:7 (12): 1157-1169 被引量:160
标识
DOI:10.1038/s41560-022-01141-3
摘要

Improvements to battery performance, reliability and lifetime are essential to meet the expansive demands for energy storage. As part of this, continuous monitoring of the dynamic chemistry inside cells offers an exciting path to minimizing parasitic reactions and maximizing sustainability. Building upon recent fibre-optic/battery innovations, we report the use of operando infrared fibre evanescent wave spectroscopy to monitor electrolyte evolution in 18650 Na-ion and Li-ion cells under real working conditions. This approach enables identification of chemical species and reveals electrolyte and additive decomposition mechanisms during cycling, thereby providing important insights into the growth and nature of the solid–electrolyte interphase, the dynamics of solvation and their complex interrelations. Moreover, by directly embedding fibres within the electrode material, we demonstrate simultaneous observations of both the material structural evolution and the Na(Li) inventory changes upon cycling. This illuminating sensing method has the power to reveal the otherwise opaque chemical phenomena occurring within each key battery component. It is challenging to decipher electrochemical processes, especially at the molecular scale, inside a working battery. Here Tarascon and colleagues develop a technique that pairs optical fibre sensors with operando infrared spectroscopy to reveal the dynamic mechanisms of key processes in commercial Li-ion and Na-ion batteries.
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