Voltage-Relaxation GITT and Reverse Monte Carlo to Determine Lithium Diffusion and Distribution in TiO2and Highly-Ordered Nanoporous Hard Carbons

无定形固体 扩散 蒙特卡罗方法 锂(药物) 逆向蒙特卡罗 化学 材料科学 分析化学(期刊) 热力学 结晶学 晶体结构 物理 有机化学 医学 中子衍射 统计 数学 内分泌学
作者
Waruni Jayawardana,Christopher L. Carr,Dongxue Zhao,Eric H. Majzoub
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [Institute of Physics]
卷期号:165 (11): A2824-A2832 被引量:5
标识
DOI:10.1149/2.1121811jes
摘要

Amorphous hard carbons (AHCs) and metal oxides such as TiO2 are of interest in applications for energy storage including pseudo/super-capacitors and lithium-ion batteries. We present measurements of lithium diffusion and distribution in anatase TiO2 and several ordered AHCs prepared by soft/hard-templating techniques, some with capacities > 800 mAh/g. The investigated AHCs have surface areas between 60–937 m2/g and pore volumes between 0.04–1.01 cc/g. Li-diffusion was measured using two complimentary techniques (1) Galvanostatic Intermittent Titration Technique (GITT), and (2) a stretched exponential to investigate the voltage-relaxation (VR) GITT curve. VR-GITT provides two parameters related to (i) the geometry through which the diffusion is occurring, and (ii) a time scale yielding the diffusion constant with knowledge of an appropriate length scale. Both methods find diffusion constants in very good agreement with each other. Most importantly, the VR-GITT fitting parameters serve as a distinctive characterization tool and are able to distinguish between AHCs with different pore geometries and synthesis techniques. Further analysis of the VR curves was performed by numerical integration of the diffusion equation and reverse Monte Carlo simulated annealing to investigate the Li density profile in both TiO2 and the carbons, and suggest that lithium may plate nanopores of AHCs.
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