Chlorinated graphite as positive electrode for aluminium-ion batteries with 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride/aluminium chloride electrolyte

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The article defines the dependence type of the cathode polarization of an aluminum-ion battery based on chlorinated graphite of the initial EC-02 type in a low-temperature melt of aluminum chloride with 1-ethyl-3-methylimidazole chloride on the geometric characteristics of the electrode and the current density. It is determined that for the chlorinated graphite material the polarization values are slightly reduced compared to the initial non-chlorinated graphite of the same brand in a similar melt and are 25–50 mV at 1 mA/cm2. The dependence of polarization on the current density does not have a break between the values of 1 and 1.2 mA/cm2, observed for initial graphite, which characterizes the maximum rate of the current-generating reaction, which means an increase in the rate of the main process on the chlorinated graphite. Using a reference experiment on a glassy carbon electrode, the surficial density of chloroaluminate complexes intercalation sites was estimated as about 15%. Accordingly, the maximum degree of intercalation for such materials is 6. Since graphite chlorination does not lead to distortions geometric parameters of its interlayer gaps, the sorption density of chloroaluminate ions is found to increase after chlorination; in the case of non-chlorinated graphite, the degree of intercalation varies with current density from 9 to 18.

About the authors

K. V. Druzhinin

Institute of High-Temperature Electrochemistry UB RAS; Ural Federal University

Author for correspondence.
Email: druzginin@mail.ru
Russian Federation, Yekaterinburg; Yekaterinburg

A. S. Kukin

Ural Federal University

Email: druzginin@mail.ru
Russian Federation, Yekaterinburg

K. Y. Balakin

Institute of High-Temperature Electrochemistry UB RAS

Email: druzginin@mail.ru
Russian Federation, Yekaterinburg

References

  1. https://projects.leitat.org/horizon-2020-alion-project-kick-off-meeting-leitat-2/ (дата обращения 24.03.2024);
  2. https://graphenemg.com/graphene-products/graphene-aluminium-ion-battery/ (дата обращения 24.03.2024);
  3. Brahambhatt R. New aluminum batteries could be the dirt cheap alternative to lithium-ion that we’ve all been waiting for / ZME Science, URL: https://www.zmescience.com/science/news-science/new-aluminum-batteries-could-be-the-dirt-cheap-alternative-to-lithium-ion-that-weve-all-been-waiting-for/ (дата обращения 24.03.2024);
  4. Li Q., Bjerrum N.J. Aluminum as anode for energy storage and conversion: A review // J. Pow. Sour. 2002. 110. № 1. P. 1-10.
  5. Kannan G. N., Desikan P. S. A critical appraisal and review of aluminium chloride electrolysis for the production of aluminium // Bul. Electrochem. 1985. 1. № 5. P. 483-488.
  6. Gifford R., Palmisano B. An aluminum/chlorine rechargeable cell employing a room temperature molten salt electrolyte // J. Electrochem. Soc. 1987. 134. P. 650–654.
  7. Zafar Z. A., Imtiaz S., Razaq,R., Ji S., Huang T., Zhang Z., Huang Y., Anderson J. A. Cathode materials for rechargeable aluminum batteries: current status and progress // J. Mater. Chem. A. 2017. 5. P. 5646−5660.
  8. Lin M.-C., Gong M., Lu B., Wu Y., Wang D.-Y., Guan M., Angell M., Chen C., Yang J., Hwang B.-J., Dai H. An ultrafast rechargeable aluminium-ion battery // Nature. 2015. 520. № 7547. P. 324–328.
  9. Sun H., Wang W., Yu Z., Yuan Y., Wang S., Jiao S. A new aluminium-ion battery with high voltage, high safety and low cost // Royal Soc. Chem. 2015. 65. P. 15-18.
  10. Wu M., Xu B., Chen L. Q., Ouyang C. Geometry and fast diffusion of AlCl4 cluster intercalated in graphite // El. Acta. 195. P. 158-165.
  11. Krapchev, T., Ogivil, R., Dresselhaus, M.S. The effect of intercalation on the lattice constants of graphite // Carbon. 1982. 20. № 4. P. 331-337.
  12. Pham H. D., Horn M., Fernando J. F. S., Patil R., Phadatare M., Golberg D., Olin H., Dubal D.P. Spent graphite from end-of-life Li-ion batteries as a potential electrode for aluminium ion battery // Sus. Mater. Tech. 2020. 26. P. e00230-1-e00230-6.
  13. Gao Y., Zhu C., Chen Z., Gang L. Understanding ultrafast rechargeable aluminum-ion battery from first-principles // J. Phys. Chem. C. 2017. 121. P. 7131−7138.
  14. Фиалков А.С. Углерод. Межслоевые соединения и композиты на его основе. М.:Аспект-Пресс, 1997.
  15. Jung S. C., Kang Y.-J., Yoo D.-J., Choi J. W., Han Y.-K. et.al. Flexible few-layered graphene for the ultrafast rechargeable aluminum-ion battery // J. Phys. Chem. C. 2016. 120. № 25. P. 13384−13389.
  16. Mohandas K. S., Sanil N., Rodrigues P., Noel M. Electrochemical intercalation of aluminium chloride in graphite in the molten sodium chloroaluminate medium // Carbon. 2003. 41. P. 927–932.
  17. Crone, W., Wortmann, G., Kaindl, G. Intercalation structure in halogen-intercalated graphite // Synt. Metals. 1989. 28. P. F247-F252.
  18. Suzuki S., Mazej Z., Zemva B., Ohzawa Y., Nakajima T. Surface passivation of natural graphite electrode for lithium ion battery by chlorine gas // Acta Chim. Slov. 2013. 60. № 3. P. 513-520.
  19. Larkin P.J. IR and Raman spectroscopy. Principles and spectral interpretation. Elsevier. 2011.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».