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Deep insight into reactivity of Li3PS4 electrolyte for solid Li-Ion batteries towards humidity using large instruments

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  • معلومة اضافية
    • Contributors:
      Département Thermique Conversion et Hydrogène (ex-DTBH Département des Technologies Biomasse et Hydrogène) (DTCH); Laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles et les nanomatériaux (LITEN / CEA-DES); CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)); Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de L'Energie Solaire (INES); Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)); Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels (STEP); SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SYMMES); Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG); Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)); Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)); Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP); Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG); Université Grenoble Alpes (UGA); Laboratoire d'Electrochimie et de Physico-chimie des Matériaux et des Interfaces (LEPMI); Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP); Matériaux Interfaces ELectrochimie (MIEL); Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP); European Synchrotron Radiation Facility Grenoble (ESRF)
    • بيانات النشر:
      CCSD
    • الموضوع:
      2024
    • Collection:
      HAL-CEA (Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives)
    • الموضوع:
    • نبذة مختصرة :
      International audience ; Wide commercialization of Li-ion batteries (LIBs) for electric transport stimulates a demand for saferbatteries with higher energy density. Thiophosphate solid electrolytes (TSEs) for LIBs are one of the mostpromising candidates to replace a classical liquid electrolyte with volatile components owing to their highionic conductivity values and appropriate mechanical properties for processing [1]. However, one of themain drawbacks of TSEs is their high sensitivity towards humidity even in trace amounts. The reactivitywith water and moisture impacts the electrochemical properties of the electrolytes and leads to toxic H2Semissions. This aspect plays a crucial role for the choice of LIB manufacturing environment (dry roomcharacteristics) and requires fine understanding of underlying mechanisms to optimize a performance /cost ratio for solid-state batteries (SSBs).In the present study, a unique combination of characterisation methods was applied to investigate thereaction between densified Li3PS4 pellet and different levels of humidity (dew point (DP) -40 °C andDP=12 °C for 15 min and 2 h) from chemical and morphological/microstructural points of view. H2S gasevolution was accurately quantified upon a TSE exposure to humid atmosphere using a home-made flow-through setup with differentiation between surface and bulk pellet reactivity [2]. Further, top-viewpropagation of Li3PS4 pellet degradation was investigated using SEM and EDX techniques showingfractures generated through gas released leading to some increase in the pellet porosity at DP= -40 °C;apparition of cracks and oxygen content raise in case of DP = 12 °C exposure. The bulk of the exposedpellets was probed using non-destructive X-ray nanotomography (ESRF, ID16b). Different scenarios wereobserved at low and high levels of humidity during 15 min and 2 h of the pellet exposure (see Fig.).Degradation front containing large pores and cracks propagated up to 50 μm to the depth of the pellet(~400 μm total thickness) after 2 h of exposure to ...
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      https://cea.hal.science/cea-04935941
      https://cea.hal.science/cea-04935941v1/document
      https://cea.hal.science/cea-04935941v1/file/Abstract%20Submission_final.pdf
    • Rights:
      info:eu-repo/semantics/OpenAccess
    • الرقم المعرف:
      edsbas.32670B47