Transport and Reaction of Electrons and Molecules in Solid Electrolyte Interphases formed at Different Electrode Potentials: A Combined Experimental and Modeling Approach

电解质 电极 化学 电化学 扩散 介电谱 化学物理 分子 电子传输链 氧化还原 分析化学(期刊) 无机化学 物理化学 热力学 有机化学 物理 生物化学
作者
Falk Thorsten Krauss,Annalena Duncker,Bernhard Roling
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:18 (10): e202402468-e202402468
标识
DOI:10.1002/cssc.202402468
摘要

Good passivation properties of the solid electrolyte interphase (SEI) on the graphite-based negative electrode are essential for a long cycle life of lithium-ion batteries. Nevertheless, the underlying electron and molecule transport mechanisms inside the SEI are poorly understood. Here, we elucidate transport and reaction in model-type SEIs formed at different electrode potentials by combining generator-collector experiments and electrochemical impedance spectroscopy with a diffusion-reaction modeling approach. In the generator-collector experiments, we use a four-electrode-based setup to compare the electrolyte reduction current density with a redox molecule (ferrocenium Fc+) reduction current density at an SEI-covered glassy carbon electrode. We find that the current density ratio depends on the SEI formation potential as well as on the formation time. The experimental results are compared to the prediction of a transport and reaction model, which accounts for reduction reactions inside the SEI as well as in the double layer at the SEI | bulk electrolyte interface. This model predicts four distinct diffusion and reaction regimes depending on the rate constant for the molecule-electron reaction. Using this combined approach, we obtain good estimates for the transport coefficients of electrons and molecules inside the SEI.
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