Atomaire laag depositie van vanadium oxide voor lithium-ion batterijen

Kobe
Geryl

Batterijen van de toekomst met elektroden op nanoschaal

Meer dan 1 miljard. Dat is het antwoord op de vraag hoeveel gemotoriseerde voertuigen momenteel in gebruik zijn wereldwijd. Bovendien ligt het aantal voertuigen per duizend inwoners in China en India momenteel gevoelig lager dan gemiddeld, maar zijn beide landen aan een inhaalbeweging gestart. Men kan dan ook verwachten dat het globale cijfer de komende decennia aanzienlijk zal toenemen. In een wereld waar men fossiele brandstoffen tracht te vervangen, bieden elektrische voertuigen een ideaal alternatief. Daarvoor zijn verdere technologische doorbraken noodzakelijk, voornamelijk op het gebied van lithium-ion batterijen.
- Kobe Geryl -

Batterijen met hoger vermogen

Lithium-ion batterijen zijn alomtegenwoordig in smartphones, laptops, digitale camera’s en ipads en maakten door hun betrouwbare energieopslag een revolutie in draagbare elektronica mogelijk. Voor meer geavanceerde toepassingen, zoals elektrische voertuigen, zijn echter grotere vermogens vereist. Commerciële lithium-ion batterijen voldoen moeilijk aan de vereiste specificaties, waardoor de grote doorbraak van elektrische voertuigen voorlopig op zich laat wachten.

Bij herlaadbare lithium-ion batterijen wordt stroom opgewekt door transport van lithium-ionen tussen twee elektroden. Het lithium, dat zich initieel in de eerste elektrode bevindt, zorgt voor een ladingsverschuiving wanneer het zich in de tweede elektrode nestelt. Hierdoor lopen er elektronen, en dus stroom, in het externe circuit. De snelheid waarmee het transport van lithium-ionen doorgaat, limiteert de stroom die de batterij kan leveren. In dit onderzoek werd getracht het lithiumtransport te versnellen door de dikte van de elektrode te verkleinen, om zo een hoger vermogen te realiseren. Wanneer de dikte verlaagd wordt, is er vanzelfsprekend minder elektrodemateriaal aanwezig zodat minder lithium kan opgenomen worden. Om dit negatieve gevolg tegen te gaan, werd de elektrode niet op een vlak substraat gedeponeerd, maar werd een driedimensionaal substraat gebruikt. Een dergelijke 3D-structuur heeft een groter oppervlak, zodat het afzetten van een dunne film op het oppervlak van een 3D-substraat zorgt voor meer elektrodemateriaal en energieopslag. Tegelijk behoudt men het voordeel van het snelle transport in de dunne laag.

Vanadium oxide

De dikte van een elektrode werd in deze scriptie gereduceerd tot slechts 50 nm, wat maar liefst 2000 keer dunner is dan de dikte van een mensenhaar. Om driedimensionale substraten op uniforme wijze van zo’n dunne elektrodelaag te voorzien werd ‘Atomaire Laag Depositie’ toegepast, doorgaans afgekort als ALD. Dat is een techniek waarbij het gewenste materiaal atoomlaag per atoomlaag wordt afgezet door een substraat in een reactiekamer afwisselend bloot te stellen aan twee gassen, ook wel precursoren genoemd. Bij het binnenkomen van de kamer reageren de deeltjes van het gas met de moleculen op het oppervlak van het substraat. Na elke precursorpuls wordt de kamer leeggepompt tot hoog vacuüm om het resterende precursorgas en eventuele ongewenste gasvormige reactieproducten te verwijderen . Door beide gassen af te wisselen wordt het materiaal opgebouwd, schematisch voor te stellen als A-B-A-B-… Met ALD kan men heel uiteenlopende materialen afzetten, simpelweg door andere gassen te gebruiken. In dit geval werd een vanadium oxide laag gedeponeerd met behulp van een vanadium en zuurstof precursor.

Vanadium oxide wordt slechts zelden gebruikt als elektrode in herlaadbare lithium-ion batterijen, maar onderzoek leverde reeds enkele veelbelovende resultaten op. De laag die in dit geval met ALD werd afgezet was amorf. Dat betekent dat de atomen niet geordend zijn in een roosterstructuur, maar willekeurige oriëntaties en plaatsen innemen. Om veel lithium-ionen te kunnen opnemen in het vanadium oxide is een kristalstructuur voordeliger, met ordening van de atomen in een roosterstructuur. Wanneer het amorfe materiaal wordt opgewarmd, krijgen de atomen meer energie waardoor ze zich kunnen herschikken in een rooster. Op deze wijze kan het amorfe materiaal kristalliseren. De scriptie onderzocht de invloed van verschillende parameters op het kristallisatieproces, wat leidde tot de synthese van zes verschillende vanadium oxiden. Allen bestaande uit vanadium en zuurstof, maar opgebouwd uit verschillende roosterstructuren.

Vervolgens werden de zes vanadium oxiden onderworpen aan identieke elektrochemische tests. Er werd onder meer bepaald hoeveel lithium kan opgenomen worden, bij welke spanningen die reacties optreden en in hoeverre de processen omkeerbaar zijn. Hieruit bleek dat meerdere vanadium oxiden een grotere energiedensiteit hebben dan enkele vaak gebruikte commerciële elektrodematerialen. Daarnaast werd de beste optie geïdentificeerd voor applicatie in herlaadbare lithium-ion batterijen en werd dit materiaal met succes getest op een driedimensionale structuur.  

Toekomstperspectieven

“Atomaire laag depositie van vanadium oxiden voor lithium-ion batterijen” toont aan dat ALD zijn plaats verdient in toekomstig onderzoek naar synthese en modificatie van batterijcomponenten. Omwille van de grote uniformiteit en flexibiliteit is ALD uitermate geschikt in de academische wereld. In de productie van lithium-ion batterijen voor elektrische voertuigen zal ALD echter geen rol van betekenis spelen. De noodzaak van een hoog vacuüm maakt de technologie namelijk te duur. De aanpak die hier gevolgd werd, waarbij de dimensie van de elektrode wordt gereduceerd naar de nanoschaal, blijft echter toepasbaar. Er bestaan immers meerdere depositietechnieken die geen gebruik maken van een vacuümopstelling en bijgevolg op een goedkopere wijze een dunne laag kunnen aanbrengen.

Toch kan ALD voor Li-ion batterijen een louter academische rol overstijgen. Bij de ontwikkeling van een microscopische all-solid batterij kan ALD een cruciale techniek worden. Daarbij wordt de traditioneel vloeibare elektroliet vervangen door een vaste stof. Deze vooruitgang zou een revolutie betekenen inzake veiligheid van Li-ion batterijen en bijvoorbeeld in de geneeskunde autonome implantaten met eigen energietoevoer mogelijk maken. Denk bijvoorbeeld aan een volledig inwendig oorapparaat of een microsysteem dat bacteriën opspoort en vernietigt.

Verder onderzoek naar lithium-ion batterijen blijft hoe dan ook belangrijk. Bovendien bewijzen enkele bedrijven dat de gewenste doorbraken zeer realistisch zijn. Nemen we als voorbeeld het Amerikaanse ‘Tesla Motors’. Met een actieradius van ongeveer 400 km voldoet de Tesla Model S reeds aan de behoeften van de doorsnee gebruiker. Verder onderzoek zal ongetwijfeld de prestaties van herlaadbare lithium-ion batterijen verbeteren, zodat elektrische voertuigen in de toekomst de norm worden in plaats van de uitzondering. Wie weet voegt Tesla Motors of een van zijn concurrenten zich dan wel bij de top vijf bedrijven met de grootste inkomsten wereldwijd. Een lijstje dat tegenwoordig enkel bedrijven bevat die handelen in… olie en gas.

Bibliografie

  1. J.Sousanis, “Wardsauto, the information center for and about the global auto industry”, http: //wardsauto . com/ar/world_vehicle_population_110815, aug 15 2011. World vehicle population.
  2. "Fast Facts, U.S. Transportation Sector Greenhouse Gas Emissions 1990-2011." http: //www . epa . gov/ ot aq/ cl imat e/do cument s /420f 13033a . pdf. . EPA, United States En­vironment Protection Agency.
  3. M. M. Doeff, Batteries for Sustainability: selected entries from the encyclopedia of sustain-ability science and technology. Springer, 2013.
  4. Linden and T. B. Reddy, Handbook of Batteries. McGraw-Hill, 2002.
  5. J. B. Goodenough and K.-S. Park, "The Li-ion Rechargeable Battery: A Perspective," Journal of the American Chemical Society, vol. 135, pp. 1167-1176, 2013.
  6. J. Jiang, Y. Li, J. Liu, X. Huang, C. Yuan, and X. W. D. Lou, "Recent Advances in Metal Oxide-based Electrode Architecture Design for Electrochemical Energy Storage," Advanced Materials, vol. 24, no. 38, pp. 5166-5180, 2012.
  7. X. Meng, X.-Q. Yang, and X. Sun, "Emerging Applications of Atomic Layer Deposition for Lithium-Ion Battery Studies," Advanced Materials, vol. 24, no. 27, pp. 3589-3615, 2012.
  8. M. Green, E. Fielder, B. Scrosati, M. Wachtler, and J. S. Moreno, "Structured Silicon Anodes for Lithium Battery Applications," Electrochem. Solid-State Letters, vol. 6, no. 5, pp. 75-79, 2003.
  9. M. C. Rao, "Vanadium Pentoxide Cathode Material for Fabrication of All Solid State Lithium-Ion Batteries - A Case Study," Research Journal of Recent Sciences, vol. 2, no. 3, pp. 67-73, 2013.
  10. B. Stegemann, M. Klemm, S. Horn, and M. Woydt, "Switching adhesion forces by crossing the metal-insulator transition in Magneli-type vanadium oxide crystals," Beilstein Journal of Nanotechnology, vol. 2, pp. 59-65, 2011.
  11. C. Delmas, H. Cognac-Auradou, J. Cocciantelli, M. Menetrier, and J. Doumerc, "The Li,V205 system: An overview of the structure modifications induced by the lithium in­tercalation," Solid State Ionics, vol. 69, no. 3, pp. 257-264, 1994.
  12. Fan, Y. Wu, C. Si, C. Zou, Z. Qi, L. Li, G. Pan, and Z. Wu, "Oxygen pressure dependent VO2 crystal film preparation and the interfacial epitaxial growth study ," Thin Solid Films, vol. 520, no. 19, pp. 6124 - 6129, 2012.
  13. C. Leroux, G. Nihoul, and G. Van Tendeloo, "From V02(B) to V02(R): Theoretical structures of VO2 polymorphs and in situ electron microscopy," Phys. Rev. B, vol. 57, pp. 5111-5121, Mar 1998.
  14. G.-H. Liu, X.-Y. Deng, and R. Wen, "Electronic and optical properties of monoclinic and rutile vanadium dioxide," Journal of Materials Science, vol. 45, no. 12, pp. 3270-3275, 2010.
  15. H. Guo, K. Chen, Y. Oh, K. Wang, C. Dejoie, S. A. Syed Asif, 0. L. Warren, Z. W. Shan, J. Wu, and A. M. Minor, "Mechanics and Dynamics of the Strain-Induced M1-M2 Structural Phase Transition in Individual VO2 Nanowires," Nano Letters, vol. 11, no. 8, pp. 3207-3213, 2011.
  16. H. Katzke, P Toledano, and W. Depmeier, "Theory of morphotropic transformations in vana­dium oxides," Phys. Rev. B, vol. 68, p. 024109, Jul 2003.
  17. Manthiram and J. Kim, "Low Temperature Synthesis of Insertion Oxides for Lithium Batteries," Chemistry of Materials, vol. 10, no. 10, pp. 2895-2909, 1998.
  18. K. West, B. Zachau-Christiansen, T. Jacobsen, and S. Atlung, "V6013 As cathode material for lithium cells," Journal of Power Sources, vol. 14, no. 1, pp. 235-245, 1985.
  19. H. A. Wriedt, "The (0-V) Oxygen-Vanadium System," Bulletin of Alloy Phase Diagrams, vol. 10, no. 3, p. 271, 1989.
  20. M. Putkonen, "Atomic Layer Deposition:       Future trends in ALD research."https : //noppa. aalt o . f i/noppa/kurssi/s-69 . 4114/luennot/S-69_4114_ald_ bas i c s_and_future_trends . pdf. . Aalto University Scool of science and technology.
  21. B. Fultz and J. Howe, "Tranmission Electron Microscopy and Diffractometry of Materials," Graduate Texts in Physics, pp. 1-58, 2013.
  22. M. Yasaka, "X-ray thin-film measurement techniques: X-ray reflectivity measurement," The Rigaku Journal, vol. 26, no. 2, pp. 1-9, 2010.
  23. M. Birkholz, P F. Fewster, and C. Genzel, Thin Film Analysis by X-Ray Scattering. Wiley-VCH, 2006.
  24. H. Kiessig, "Untersuchungen zur Totalreflexion von Rontgenstrahlen," Annalen der Physik, vol. 402, no. 6, pp. 715-168, 1931.
  25. T. L. Alford, L. C. Feldman, and J. W. Mayer, Fundamentals of Nanoscale Film Analysis. Springer, 2007.
  26. G. Silversmit, D. Depla, H. Poelman, G. B. Marin, and R. D. Gryse, "Determination of the V2p XPS binding energies for different vanadium oxidation states (V5+ to V°+)," Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, vol. 135, no. 2, pp. 167 — 175, 2004.
  27. "SEM: Imaging with Secondary Electrons." http : //www . microscopy . ethz . ch/se . htm. ETH, Swiss Federal Institute of Technology Zurich.
  28. H.-J. Butt, B. Cappella, and M. Kappl, "Force measurements with the atomic force micro­scope: Technique, interpretation and applications," Surface Science Reports, vol. 59, no. 1, pp. 1 — 152, 2005.
  29. N. Jalili and K. Laxminarayana, "A review of atomic force microscopy imaging systems: application to molecular metrology and biological sciences," Mechatronics, vol. 14, no. 8, pp. 907 — 945, 2004.
  30. "Geobacter." http : //www . geobact er .org/Nanowires. University of Massachusetts Amherst.
  31. M. Raposo, Q. Ferreira, and P a. Ribeiro, "A Guide for Atomic Force Microscopy Analysis of Soft- Condensed Matter," Modern Research and Educational Topics in Microscopy, pp. 758­769, 2007.
  32. J. C. Badot, S. Ribes, E. B. Yousfi, V Vivier, J. P Pereira-Ramos, N. Baffler, and D. Lincot, "Atomic Layer Epitaxy of Vanadium Oxide Thin Films and Electrochemical Behavior in Presence of Lithium Ions," Electrochemical and Solid-State Letters, vol. 3, no. 10, pp. 485­488, 2000.
  33. p Dagur, A. U. Mane, and S. Shivashankar, "Thin films of VO2 on glass by atomic layer deposition: microstructure and electrical properties," Journal of Crystal Growth, vol. 275, pp. 1223-1228, 2005.
  34. T. Blanquart, J. Niinisto, M. Gavagnin, V Longo, M. Heikkila, E. Puukilainen, V R. Pallem, C. Dussarat, M. Ritala, and M. Leskela, "Atomic layer deposition and characterization of vanadium oxide thin films," RSC Advances, vol. 3, pp. 1179-1185, 2013.
  35. G. Rampelberg, M. Schaekers, K. Martens, Q. Xie, D. Deduytsche, B. D. Schutter, N. Blasco, J. Kittl, and C. Detavernier, "Semiconductor-metal transition in thin VO2 films grown by ozone based atomic layer deposition," Applied Physics Letters, vol. 98, pp. 162902-162904, 2011.
  36. p A. Premkumar, M. Toeller, I. P Radu, C. Adelmann, M. Schaekers, J. Meersschaut, T. Conard, and S. V Elshocht, "Process study and characterization of VO2 thin films syn­thesized by ALD using TEMAV and 03 precursors," ECS Journal of Solid State Science and Technology, vol. 1, no. 4, pp. 169-174, 2012.
  37. M. Pemble, I. Povey, and F. Chalvet, "Developments in the Understanding of ALD Processes and Applications of ALD in Critical Technologies," ECS Trans., vol. 11, no. 7, pp. 155-166, 2007.
  38. M.-G. Willinger, G. Neri, E. Rauwel, A. Bonavita, G. Micali, and N. Pinna, "Vanadium Oxide Sensing Layer Grown on Carbon Nanotubes by a New Atomic Layer Deposition Process," Nano Letters, vol. 8, no. 12, pp. 4201-4204, 2008.
  39. J. Tiilikainen, J.-M. Tilli, V Bosund, M. Mattila, T. Hakkarainen, J. Sormunen, and H. Lipsa­nen, "Accuracy in x-ray reflectivity analysis," Journal of Physics D: Applied Physics, vol. 40, no. 23, p. 7497, 2007.
  40. C. M. Hastings, "Synthesis of VO2 Nanostructures for Infrared Modulation Applications," master's dissertation, University of Zululand, November 2009.
  41. W. Bruckner, H. Oppermann, and W. Reichelt, "Vanadium oxide: synthesis, properties, application," In Berlin: Akad.-Verl., vol. 12, pp. 252-255, 1983.
  42. Y. Ningyi, L. Jinhua, and L. Chenglu, "Valence reduction process from sol-gel V205 to VO2 thin films," Applied Surface Science, vol. 191, no. 1, pp. 176 - 180, 2002.
  43. Sidorov, 0. P Vinogradova, I. E. Obyknovennaya, and T. A. Khrushchova, "Synthesis and optical properties of vanadium dioxide nanoparticles in nanoporous glasses," Technical Physics Letters, vol. 33, pp. 581-582, 2007.
  44. J. B. MacChesney, J. F. Potter, and H. J. Guggenheim, "Preparation and Properties of Vana­dium Dioxide Films," J. Electrochem. Soc.: Solid State Science, vol. 115, no. 1, pp. 52-55, 1968.
  45. B.-G. Chae, H.-T. Kim, S.-J. Yun, B.-J. Kim, Y.-W Lee, D. Youn, and K.-Y. Kang, "Highly Oriented VO2 Thin Films Prepared by Sol-Gel Deposition," Electrochemical and Solid-State Letters, vol. 9, no. 1, pp. 12-14, 2006.
  46. H. Wang, X. Yi, and S. Chen, "Low temperature fabrication of vanadium oxide films for uncooled bolometric detectors," Infrared Physics and Technology, vol. 47, no. 3, pp. 273 -277, 2006.
  47. X. Wang, H. Li, Y. Fei, X. Wang, Y. Xiong, Y. Nie, and K. Feng, "XRD and Raman study of vanadium oxide thin films deposited on fused silica substrates by RF magnetron sputter­ing," Applied Surface Science, vol. 177, no. 1, pp. 8 - 14, 2001.
  48. G. Rampelberg, D. Deduytsche, B. D. Schutter, P A. Premkumar, M. Toeller, M. Schaek­ers, K. Martens, I. Radu, and C. Detavernier, "Crystallization and semiconductor-metal switching behavior of thin VO2 layers grown by atomic layer deposition," Thin Solid Films, vol. 550, no. 0, pp. 59 - 64, 2014.
  49. Yamaguchi, T. Manabe, T. Kumagai, W. Kondo, and S. Mizuta, "Preparation of epitaxial V203 films on C-, A- and R-planes of a-Al203 substrates by coating-pyrolysis process," Thin Solid Films, vol. 366, no. 1-2, pp. 294 - 301, 2000.
  50. Govatsi, A. Chrissanthopoulos, V Dracopoulos, and S. N. Yannopoulos, "The influence of Au film thickness and annealing conditions on the VLS-assisted growth of ZnO nanos­tructures," Nanotechnology, vol. 25, no. 21, pp. 10-12, 2014.
  51. p Scherrer, "Bestimmung der GroEe and der inneren Struktur von Kolloidteilchen mit­tels Rontgenstrahlen," Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Gottingen, Mathematisch-Physikalische Klasse, vol. 1918, pp. 98-100, 1918.
  52. R. Schmiedl, V. Demuth, P Lahnor, H. Godehardt, Y. Bodschwinna, C. Harder, L. Hammer, H.-P Strunk, M. Schulz, and K. Heinz, "Oxygen diffusion through thin Pt films on Si(100)," Applied Physics A, vol. 62, no. 3, pp. 223-230, 1996.
  53. G.-A. Nazri and G. Pistoia, Lithium Batteries, Science and Technology. Springer, 2003.
  54. Safavi, N. Maleki, 0. Moradlou, and F. Tajabadi, "Simultaneous determination of dopamine, ascorbic acid, and uric acid using carbon ionic liquid electrode," Analytical Biochemistry, vol. 359, no. 2, pp. 224 — 229, 2006.
  55. T. Zhang and N. Imanishi, "Lithium-air batteries," in Nanoscale Technology for Advanced Lithium Batteries (T. Osaka and Z. Ogumi, eds.), Nanostructure Science and Technology, pp. 227-241, Springer New York, 2014.
  56. Carrette, K. A. Friedrich, and U. Stimming, "Fuel Cells - Fundamentals and Applications," Fuel Cells, vol. 1, no. 1, pp. 5-39, 2001.
  57. R. Komiya, A. Hayashi, H. Morimoto, M. Tatsumisago, and T. Minami, "Solid state lithium secondary batteries using an amorphous solid electrolyte in the system (100- x)(0.6Li2S • 0.4SiS2) • xLi4SiO4 obtained by mechanochemical synthesis," Solid State Ionics, vol. 140, no. 1, pp. 83 — 87, 2001.
  58. V. S. Bagotsky, Fundamentals of electrochemistry, second edition. Wiley, 2006.
  59. Jha, V Kumar, and R. Singh, "Review of hydrometallurgical recovery of zinc from in­dustrial wastes," Resources, Conservation and Recycling, vol. 33, no. 1, pp. 1 — 22, 2001.
  60. Z. Hens, Fysische Chemie. Academia Press, 2013.
  61. Paunovic, Fundamentals of electrochemical deposition. Wiley-Interscience, 2006.
  62. J. Bard and L. R. Faulkner, Electrochemical Methods, Fundamentals and Applications. John Wiley and sons inc., 2001.
  63. p C. Hayes and S. H. Algie, Process Principles in Minerals and Materials Production. Hayes Publishing, 1993.
  64. Yoshio, R. J. Brodd, and A. Kozawa, Litium-Ion Batteries, Science and Technologies. Springer, 2009.
  65. R. Ruffo, C. Wessells, R. A. Huggins, and Y. Cui, "Electrochemical behavior of LiCoO2 as aqueous lithium-ion battery electrodes," Electrochemistry Communications, vol. 11, no. 2, pp. 247 — 249, 2009.
  66. M. S. Whittingham, "Lithium Batteries and Cathode Materials," Chemical Reviews, vol. 104, no. 10, pp. 4271-4302, 2004.
  67. R. Mattson, "Stability of the Graphite Electrode for Li-ion Batteries," master's disserta­tion, Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, July 2013.
  68. H. Wu, G. Zheng, N. Liu, T. J. Carney, Y. Yang, and Y. Cui, "Engineering Empty Space between Si Nanoparticles for Lithium-Ion Battery Anodes," Nano Letters, vol. 12, no. 2, pp. 904-909, 2012.
  69. S. Zhang, M. S. Ding, K. Xu, J. Allen, and T. R. Jow, "Understanding Solid Electrolyte Interface Film Formation on Graphite Electrodes," Electrochemical and Solid-State Letters, vol. 4, no. 12, pp. 206-208, 2001.
  70. Y. Ein-Eli, "A New Perspective on the Formation and Structure of the Solid Electrolyte Interface at the Graphite Anode of Li-Ion Cells," Electrochemical and Solid-State Letters, vol. 2, no. 5, pp. 212-214, 1999.
  71. S. S. Zhang, K. Xu, and T. R. Jow, "EIS study on the formation of solid electrolyte interface in Li-ion battery," Electrochimica Acta, vol. 51, pp. 1636-1640, 2006.
  72. M. Balasubramanian, H. S. Lee, X. Q. Yang, A. R. Moodenbaugh, J. McBreen, D. A. Fis­cher, and Z. Fu, "Formation of SEI on Cycled Lithium-Ion Battery Cathodes, Soft X-Ray Absorption Study," Electrochemical and Solid-State Letters, vol. 5, no. 1, pp. 22-25, 2002.
  73. Y. Wang, X. Guo, S. Greenbaum, J. Liu, and K. Amine, "Solid Electrolyte Interphase Forma­tion on Lithium-Ion Electrodes: A Li Nuclear Magnetic Resonance Study," Electrochemical and Solid-State Letters, vol. 4, no. 6, pp. 68-70, 2001.
  74. D. Ostrovskii, F. Ronci, B. Scrosati, and P Jacobsson, "A FTIR and Raman study of spon­taneaous reactions occuring at the LiNiCoO2 electrode/non-aqueous electrolyte interface," Journal of Power Sources, vol. 94, no. 2, pp. 183-188, 2001.
  75. p B. Balbuena and Y. Wang, Lithium-Ion Batteries, Solid-Electrolyte Interphase. Imperial College Press, 2004.
  76. D. Harvey, "Analytical Chemistry 2.0." pp. 667-781.
  77. "Application Note E-4: A Review of Techniques for Electrochemical Analysis." http://goals.usim.edu.my/moodle/pluginfile.php/118191/mod_resource/ content/1/Review°420Techniques°420for°420Electrochemical°420Analysis.pdf. Princeton Applied Research.
  78. Oudenhoven, "Deposition and Characterization of Thin Films for 3D Lithium-ion Micro-Batteries," phd thesis, Technische Universiteit Eindhoven, November 2011.
  79. "Basic overview of the working principle of a potentiostat/galvanostat (PGSTAT) - Elec­trochemical cell setup." http : //www. e co chemie . nl/download/Applicat ionnotes/ Autolab_Applicat ion_Note_ECO8 .pdf . Autolab Application Note EC08, Metrohm Au­tolab B.V.
  80. S.-L. Chou, J.-Z. Wang, J.-Z. Sun, D. Wexler, M. Forsyth, H.-K. Liu, D. R. MacFarlane, and S.-X. Dou, "High Capacity, Safety, and Enhanced Cyclability of Lithium Metal Battery Using a V206 Nanomaterial Cathode and Room Temperature Ionic Liquid Electrolyte," Chemistry of Materials, vol. 20, no. 22, pp. 7044-7051, 2008.
  81. p A. Christian, D. W. Murphy, F. J. DiSalvo, and J. N. Carides, "Vanadium Oxide Cathode Materials for Secondary Lithium Cells," J. Electrochem. Soc., vol. 126, no. 3, pp. 497-499, 1979.
  82. West, B. Zachau-Christiansen, M. Ostergard, and T. Jacobsen, "Vanadium oxides as elec­trode materials for rechargeable lithium cells," Journal of Power Sources, vol. 20, no. 1, pp. 165 - 172, 1987. 3rd International Meeting on Lithium Batteries.
  83. S. Whittingham, "The role of ternery phases in cathode reactions," Journal of Electro­chemical Society, vol. 123, no. 3, pp. 315-320, 1976.
  84. D. W Murphy, P A. Christian, F. J. DiSalvo, and J. V Waszczak, "Lithium incorporation by vanadium pentoxide," Inorganic Chemistry, vol. 18, no. 10, pp. 2800-2803, 1979.
  85. p Dickens, S. French, A. Hight, and M. Pye, "Phase relationships in the ambient tempera­ture LixV205 system," Materials Research Bulletin, vol. 14, no. 10, pp. 1295 - 1299, 1979.
  86. Y. Liu, M. Clark, Q. Zhang, D. Yu, D. Liu, J. Liu, and G. Cao, "V206 Nano-Electrodes with High Power and Energy Densities for Thin Film Li-Ion Batteries," Advanced Energy Materi­als, vol. 1, no. 2, pp. 194-202, 2011.
  87. C. Leger, S. Bach, P Soudan, and J.-P Pereira-Ramos, "Structural and Electrochemical Prop­erties of co-Li,V206 as rechargeable chatodic material for lithium batteries," Journal of the electrochemical society, vol. 152, no. 1, pp. 236-241, 2005.
  88. D. W Murphy, P A. Christian, F. J. DiSalvo, and J. V Waszczak, "Lithium incorporation by vanadium pentoxide," Inorganic Chemistry, vol. 18, no. 10, pp. 2800-2803, 1979.
  89. D. W. Murphy, P A. Christian, F. J. DiSalvo, J. N. Carides, and J. V Waszczak, "Lithium Incorporation by V6013 and related vanadium (+4,+5) oxide cathode materials," Journal Electrochem. Soc., vol. 128, no. 10, pp. 2053-2060, 1981.
  90. K. West, B. Zachau-Christiansen, and T. Jacobsen, "Electrochemical properties of non­stoichiometric V6013," Electrochimica Acta, vol. 28, no. 12, pp. 1829-1833, 1983.
  91. B. Steele, G. Lagos, P Spurdens, C. Forsyth, and A. Foord, "Behaviour of LixV6013 and LixTiS2 composite electrodes incorporating polyethylene oxide based electrolytes," Solid State Ionics, vol. 9, no. 1, pp. 391 - 398, 1983.
  92. Ganganagappa and A. Siddaramanna, "One step synthesis of monoclinic V02(B) bun­dles of nanorods: Cathode for Li ion battery," Materials Characterization, vol. 68, no. 0, pp. 58-62, 2012.
  93. Q. Zhao, L. Jiao, W. Peng, H. Gao, J. Yang, Q. Wang, H. Du, L. Li, Z. Qi, Y. Si, Y. Wang, and H. Yuan, "Facile synthesis of V02(B)/carbon nanobelts with high capacity and good cyclability," Journal of Power Sources, vol. 199, no. 0, pp. 350 - 354, 2012.
  94. Mjejri, N. Etteyeb, and F. Sediri, "Hydrothermal synthesis of mesoporous rod-like nanocrystalline vanadium oxide hydrate V307. H2O from hydroquinone and V205 ," Mate­rials Research Bulletin, vol. 48, no. 9, pp. 3335 - 3341, 2013.
  95. Pan, H. B. Wu, L. Yu, T. Zhu, and X. W D. Lou, "Synthesis of Hierarchical Three-Dimensional Vanadium Oxide Microstructures as High-Capacity Cathode Materials for Lithium-Ion Batteries," ACS Applied Materials and Interfaces, vol. 4, no. 8, pp. 3874-3879, 2012.
  96. G. Armstrong, J. Canales, A. R. Armstrong, and P G. Bruce, "The synthesis and lithium intercalation electrochemistry of V02 (B) ultra-thin nanowires," Journal of Power Sources, vol. 178, no. 2, pp. 723 - 728, 2008.
  97. X. Rui, D. Sim, C. Xu, W Liu, H. Tan, K. Wong, H. H. Hng, T. M. Lim, and Q. Yan, "One-pot synthesis of carbon-coated V02 (B) nanobelts for high-rate lithium storage," RSC Adv., vol. 2, pp. 1174-1180, 2012.
  98. Rahman, J.-Z. Wang, N. H. Idris, Z. Chen, and H. Liu, "Enhanced lithium storage in a V02 (B)-multiwall carbon nanotube microsheet composite prepared via an in situ hy­drothermal process," Electrochimica Acta, vol. 56, no. 2, pp. 693 - 699, 2010.
  99. S. Milosevic, I. Stojkovic, S. Kurko, J. G. Novakovic, and N. Cvjeticanin, "The simple one-step solvothermal synthesis of nanostructurated V02(B)," Ceramics International, vol. 38, no. 3, pp. 2313 - 2317, 2012.
  100. S. Gao, Z. Chen, M. Wei, K. Wei, and H. Zhou, "Single crystal nanobelts of V307. H2O: A lithium intercalation host with a large capacity," Electrochimica Acta, vol. 54, no. 3, pp. 1115 - 1118, 2009.
  101. H. Qiao, X. Zhu, Z. Zheng, L. Liu, and L. Zhang, "Synthesis of V307 •H20 nanobelts as cathode materials for lithium-ion batteries," Electrochemistry Communications, vol. 8, no. 1, pp. 21 - 26, 2006.
  102. M. Saidi, R. Koksbang, E. Saidi, H. Shi, and J. Barker, "Rocking-chair batteries based on LiMn2O4 and V6013," Journal of Power Sources, vol. 68, no. 2, pp. 726-729, 1997. Pro­ceedings of the Eighth International Meeting on Lithium Batteries.
  103. Y. S. Cohen and D. Aurbach, "Surface films phenomena on vanadium-pentoxide cathodes for Li and Li-ion batteries: in situ AFM imaging," Electrochemistry Communications, vol. 6, no. 6, pp. 536 — 542, 2004.
  104. G. Aylward and T. Findlay, SI Chemical Data, 6th edition. John Wiley and Sons, Australia, 2008.
  105. Y. Katayama and B. Friedrich, "Electrochemical Reduction of Titanium Dioxide Thin Film in LiCl-KC1-CaC12 Eutectic Melt," 2004. 206th Meeting of the Electrochemical Society Inc., Honolulu.
  106. L.Kavan, M. Gratzel, J. Rathousky, and A. Zukalb, "Nanocrystalline Ti02(Anatase) Elec­trodes: Surface Morphology, Adsorption and Electrochemical Properties," J. Electrochem. Soc., vol. 143, no. 2, pp. 394-400, 1996.
  107. C. Gorren, A. J. Kungl, K. Schmidt, E. R. Werner, and B. Mayer, "Electrochemistry of pterin cofactors and inhibitors of nitric oxide synthase," Nitric Oxide, vol. 5, no. 2, pp. 176 — 186, 2001.
  108. M. Hourani and A. Wieckowski, "Single crystal electrochemistry of rhodium: Anion effects and order/disorder transitions of clean and silver coated Rh (111) surfaces," Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry, vol. 244, no. 1, pp. 147 — 161, 1988.
  109. H. Song, H. J. Park, K. J. Kim, Y. N. Jo, J.-S. Kim, Y. U. Jeong, and Y. J. Kim, "Electro­chemical characteristics of lithium vanadate, Lii±xV02, new anode materials for lithium ion batteries," Journal of Power Sources, vol. 195, no. 18, pp. 6157 — 6161, 2010. Selected Papers Presented at 4th International Conference on Polymer Batteries and Fuel Cells.
  110. Dendooven, R. K. Ramachandran, K. Devloo-Casier, G. Rampelberg, M. Filez, H. Poel­man, G. B. Marin, E. Fonda, and C. Detavernier, "Low-Temperature Atomic Layer Deposi­tion of Platinum Using (Methylcyclopentadienyl)trimethylplatinum and Ozone," The Jour­nal of Physical Chemistry C, vol. 117, no. 40, pp. 20557-20561, 2013.
Download scriptie (26.3 MB)
Universiteit of Hogeschool
Universiteit Gent
Thesis jaar
2014
Thema('s)
Toegepaste wetenschappen
Kernwoorden
elektrische auto,
auto,
batterijen,
Energie,
Nanotechnologie,
Elektrische voertuigen