Overpotential decomposition enabled decoupling of complex kinetic processes in battery electrodes

过电位 极化(电化学) 电极 解耦(概率) 锂离子电池 材料科学 电化学 化学 电池(电) 热力学 物理化学 工程类 物理 控制工程 功率(物理)
作者
Ruoyu Xiong,Yue Yu,Shuyi Chen,Maoyuan Li,Longhui Li,Mengyuan Zhou,Wen Zhang,Bo Yan,Dequn Li,Hui Yang,Yun Zhang,Huamin Zhou
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:553: 232296-232296 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2022.232296
摘要

Identifying overpotential components of electrochemical systems enables quantitative analysis of polarization contributions of kinetic processes under practical operating conditions. However, the inherently coupled kinetic processes lead to an enormous challenge in measuring individual overpotentials, particularly in composite electrodes of lithium-ion batteries. Herein, the full decomposition of electrode overpotential is realized by the collaboration of single-layer structured particle electrode (SLPE) constructions and time-resolved potential measurements, explicitly revealing the evolution of kinetic processes. Perfect prediction of the discharging profiles is achieved via potential measurements on SLPEs, even in extreme polarization conditions. By decoupling overpotentials in different electrode/cell structures and material systems, the dominant limiting processes of battery rate performance are uncovered, based on which the optimization of electrochemical kinetics can be conducted. Our study not only shades light on decoupling complex kinetics in electrochemical systems, but also provides vitally significant guidance for the rational design of high-performance batteries. • Proposed an overpotential decomposition method for lithium-ion battery electrodes. • Decoupled overpotential components explicitly reveal the evolution of kinetic processes. • Predicted the discharging profiles perfectly even in extreme polarization conditions. • Identified rate-limiting processes in different electrode/cell designs.
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