Publication detail

Integrated sensor printed on the separator enabling the detection of dissolved manganese ions in battery cell

Year: 2023

Type of publication: článek v odborném periodiku

Name of source: Energy Storage Materials

Publisher name: Elsevier Science BV

Place: Amsterdam

Page from-to: 55-63

Titles:

Language	Name	Abstract	Keywords
cze	Integrovaný senzor vytištěný na separátoru umožňující detekci rozpuštěných iontů manganu v bateriovém článku	Běžné sledování výkonu li-iontových bateriových článků se provádí kombinací empirického měření vnějších parametrů s vícedílným modelováním a aproximačními algoritmy. Krokem vpřed by bylo umožnění spolehlivějších vestavěných snímacích systémů, které by umožnily shromažďovat přímé informace, jako je stupeň degradace materiálů, z nichž se skládá. Rozpouštění iontů přechodných kovů je jedním z nejzávažnějších degradačních procesů ovlivňujících výkonnost celého bateriového článku. Může být urychlován různými mechanismy a jeho sledování bylo v posledních desetiletích předmětem několika studií. V této práci zavádíme přístup pro jednoznačnou detekci rozpuštěných iontů manganu prostřednictvím vestavěného elektrochemického senzoru. Ukazujeme, že jako snímací vrstvu lze použít manganatý polymer s iontovým otiskem (Mn(II)-IIP) nanesený mezi dvěma elektrodami vytištěnými přímo na separátoru. Odpor této snímací vrstvy se mění v důsledku koordinace polymeru s s rozpuštěnými manganatými ionty a to je pak přesně sledováno elektrochemickou impedanční spektroskopií ve středním frekvenčním rozsahu. Elektrody i snímací vrstva zůstávají stabilní v rozsahu napětí při cyklování baterie po delší dobu aplikace. Výkonnost senzoru byla ověřena v jednovrstvém pouzdrovém článku s použitím chemie Li\|\|LiMn2O4. Použití technologie tisku umožňuje komercializaci ve velkém měřítku; senzory vytištěné na separátoru výrazně nemění současnou výrobní technologii a především mají zanedbatelný vliv na energetickou hustotu článku. Tento přístup je univerzální a může být časem rozšířen na detekci dalších degradačních produktů v elektrolytu.	Li -ion baterie; rozpouštění Mn; senzor; tisk; impedanční spektroskopie
eng	Integrated sensor printed on the separator enabling the detection of dissolved manganese ions in battery cell	Conventional monitoring of Li-ion battery cell performance is carried out by combining empirical measurement of the extrinsic parameters with multipart modeling and approximation algorithms. A step forward would be enabling more reliable built-in sensing systems that allow collecting direct information, such as a degree of constituting materials degradation. Transition metal dissolution is one of the most severe degradation processes affecting the performance of the whole battery cell. It can be accelerated through different mechanisms, and its monitoring has been a topic of several studies in recent decades. In this work, we establish an approach for unambiguous detection of dissolved manganese ions via the built-in electrochemical sensor with scavenger moieties. We demonstrate that manganese ion-imprinted polymer (Mn(II)-IIP) deposited between two electrodes printed directly on the separator can be used as a sensing layer. The resistance of this sensing layer changes due to the coordination of the ion-imprinted polymer with dissolved manganese ions and this is then precisely monitored by the electrochemical impedance spectroscopy in the mid-frequency range. Both the electrodes and sensing layer remain stable within the voltage range of battery cycling over a longer application time. The sensor performance was validated in the single-layer pouch cell using Li\|\|LiMn2O4 chemistry. The use of printing technology permits large-scale commercialization; sensors printed on the separator do not significantly alter the current production technology and, most importantly, have a negligible impact on the cell energy density. The approach is universal and can eventually be extended to the detection of other degradation products in the electrolyte.	Li -ion battery; Mn dissolution; Sensor; Printing technology; Impedance spectroscopy

Search

Login for students

Login for employees

Publication detail

Departments

Other Parts

Map

Services

Popular Links