Determination of diffusion coefficient of lithium ions in the cathode material based on Fe3O4

Authors

  • Іван Михайлович Гасюк Прикарпатський національний університет ім. Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, 76025, Ukraine
  • Володимир Васильович Угорчук Прикарпатський національний університет ім. Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, 76025, Ukraine
  • Ольга Михайлівна Угорчук Прикарпатський національний університет ім. Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, 76025, Ukraine
  • Лариса Степанівна Кайкан Прикарпатський національний університет ім. Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, 76025, Ukraine
  • Михайло Ярославович Січка Прикарпатський національний університет ім. Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, 76025, Ukraine
  • Богдан Ярославович Депутат Прикарпатський національний університет ім. Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, 76025, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2011.2420

Keywords:

Magnetite, impedance spectroscopy, CVA, GITT

Abstract

The modern electroanalytical methods, which allow to determine the rate of lithium diffusion in magnetite, are analyzed. The kinetic researches by the methods of impedance spectroscopy, CVA and GITT are carried out, concentration dependency of diffusion coefficient of lithium in magnetite is determined

Author Biographies

Іван Михайлович Гасюк, Прикарпатський національний університет ім. Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, 76025

Кандидат фізико-математичних наук, доцент

Кафедра Матеріалознавства і новітніх технологій

Декан фізико-технічного факультету

Володимир Васильович Угорчук, Прикарпатський національний університет ім. Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, 76025

Кандидат фізико-математичних наук, викладач

Кафедра Матеріалознавства і новітніх технологій

Ольга Михайлівна Угорчук, Прикарпатський національний університет ім. Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, 76025

Здобувач кафедри

Кафедра Матеріалознавства і новітніх технологій

Лариса Степанівна Кайкан, Прикарпатський національний університет ім. Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, 76025

Кандидат фізико-математичних наук

Молодший науковий співробітник спільної лабораторії фізики магнітних плівок Інституту металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України

Михайло Ярославович Січка, Прикарпатський національний університет ім. Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, 76025

Аспірант

Кафедра Матеріалознавства і новітніх технологій

Богдан Ярославович Депутат, Прикарпатський національний університет ім. Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, 76025

Аспірант

Кафедра Матеріалознавства і новітніх технологій

References

  1. Tang S.B. Study on Li+-ion diffusion in nano-crystalline LiMn2O4 thin film cathode grown by pulsed laser deposition using CV, EIS and PITT techniques / S.B. Tang, M.O. Lai, L. Lu. // Materials Chemistry and Physics. – 2008. – N.111.– P.149–153.
  2. Sung-Woo Kim. Analysis of cell impedance measured on the LiMn2O4 film electrode by PITT and EIS with Monte Carlo simulation / Sung-Woo Kim, Su-Il Pyun // Journal of Electroanalytical Chemistry. – 2002. – N. 528.– P. 114-120.
  3. Rui X.H. Analysis of the chemical diffusion coefficient of lithium ions in Li3V2(PO4)3 cathode material / X.H. Rui, N. Ding, J. Liu, C. Li, C.H. Chen // Electrochimica Acta. – 2010. – N.55.– P. 2384–2390.
  4. Churikov A.V. Application of pulse methods to the determination of the electrochemical characteristics of lithium intercalates / A.V. Churikov, A.V. Ivanischev // Electrochimica Acta. – 2003. – N.48.– P. 3677-3691.
  5. Deiss E. Spurious potential dependence of diffusion coefficients in Li+ insertion electrodes measured with PITT / E. Deiss // Electrochimica Acta. – 2002. – N.47.– P. 4027-4034.
  6. Jing-Jun Zhang. Electrochemical kinetics study of Li-ion in Cu6Sn5 electrode of lithium batteries by PITT and EIS / Jing-jun Zhang, Ping He, Yong-yao Xia // Journal of Electroanalytical Chemistry. – 2008. – N. 624. – P. 161–166.
  7. Придатко К. И. Определение скорости диффузии лития импульсным потенциоститческим методом / К.И. Придатко, А .В. Чуриков, М.А. Волгин // Электрохимическая энергетика. – 2003. – Т3, № 4. – C. 184-191.
  8. Электрохимический импеданс / [З.Б. Стойнов, Б.М. Графов, Б. Савова-Стойнова, В.В. Елкин] – М.: Наука, 1991. – 331 с.
  9. Han B. C. Electrochemical modeling of intercalation processes with phase field models / B. C. Han, A. Van der Ven, D. Morgan, G. Ceder // Electrochimica Acta. – 2004. – N.49.– P. 4691-4699.
  10. Чуриков А. В. К определению коэффициента диффузии лития в интеркалируемых материалах / А. В. Чуриков // Электрохимическая энергетика.– 2003.– Т.3, № 3.– С.124-131.
  11. Deiss E. Spurious chemical diffusion coefficients of Li+ in electrode materials evaluated with GITT / E. Deiss // Electrochimica Acta. – 2005. –N.50. – P. 2927-2932.
  12. F. Varsano F. Decker E. Masetti F. Croce Lithium diffusion in cerium–vanadium mixed oxide thin films: a systematic study. Electrochimica Acta 46 (2001) 2069–2075.
  13. Xie J. Li-ion diffusion kinetics in LiMn2O4 thin films prepared by pulsed laser deposition / J. Xie, K. Kohno, T. Matsumura, N. Imanishi, A. Hirano, Y. Takeda, O. Yamamoto // Electrochimica Acta. –2008. N.54.– P. 376-381.
  14. Churikov A.V. Determination of lithium diffusion coefficient in LiFePO4 electrode by galvanostatic and potentiostatic intermittent titration techniques / A.V. Churikov,, A.V. Ivanishchev, I.A. Ivanishcheva, V.O. Sycheva, N.R. Khasanova, E.V. Antipov // Electrochimica Acta.– 2010. – N. 55. – P. 2939-2950.
  15. Artuso F. Fe-containing CeVO4 films as Li intercalation transparent counter-electrodes / F. Artuso, G. Picardi, F. Bonino, F. Decker, S. Bencic, A. Surca Vuk, U. Opara Krasovec, B. Orel // Electrochimica Acta.– 2001. –N.46.– P. 2077-2084.
  16. Fabio La Mantia. Impedance spectroscopy on porous materials: A general model and application to graphite electrodes of lithium-ion batteries / Fabio La Mantia , Jens Vetter , Petr Novak // Electrochimica Acta. – 2008. –N. 53.-P. 4109-4121.
  17. Кулова Т. Л. Интеркаляция лития в тонкие пленки аморфного кремния: иследование методом спектроскопии электрохимического импеданса / Т. Л. Кулова, Ю.В. Плесков, А.М. Скундин, Е.И. Теруков, О.И. Коньков // Электрохимия. – Т.42, № 7. – С. 791-798.
  18. Иванищев А.В. Импедансная спектроскопия литий-углеродных электродов / А. В. Иванищев, А. В. Чуриков, И. А. Иванищева, К. В. Запсис, И. М Гамаюнова // Электрохимия. – 2008.– Т. 44, №5. – С. 553-568.
  19. Xie J. Li-ion diffusion kinetics in LiMn2O4 thin films prepared by pulsed laser deposition / J. Xie, K. Kohno, T. Matsumura, N. Imanishi, A. Hirano, Y. Takeda, O. Yamamoto // Electrochimica Acta. –2008. N. 54. – P. 376-381.
  20. Н.В. Коровин. Интеркаляция в катодные материалы. Коэффициент диффузии лития // Электрохимия. Т. 35, №6, 1999, с. 738-745.
  21. Чуриков А. В. Кинетика электрохимического внедрения лития в тонкие слои оксида вольфрама (VI) / А. В. Чуриков, А.В. Иванищев, И.А. Иванищева, К.В. Запсис, И.М Гамаюнова, В.О. Сычева // Электрохимия. – 2008. – Т.44, №5. – С. 574-586.
  22. Зобенкова В. А. Интеркаляция лития в диоксид титана: исследование электрохимическими и фотоэлектрохимическими методами / В.А. Зобенкова, А.В. Чуриков // Электрохимическая энергетика. – 2004.– Т.4, №1. – С. 29-35.
  23. Wang Q. Determination of chemical diffusion coefficient of lithium ion in graphitized mesocarbon microbeads with potential relaxation technigue / Q.Wang, H. Li, X. Huang, L. Chen // J . Electrochem: Soc. – 2001. – V.148, N7.– P.A737-A741.
  24. Machill S. In situ electrochemical characterization of lithium-alloying materials for rechargeable anodes in lithium batteries / S. Machill, D. Rahner // Journal of Power Sources. –1995. –V 54, Issue 2. – P. 428-432.
  25. Коровин Н. В. Интеркаляция в катодные материалы. Коэффициент диффузии лития / Н. В. Коровин // Электрохимия.–1999. – Т. 35, № 6. – 738-746.
  26. Дубасова В.С. Исследование поведения литий-марганцевых шпинелей в качестве материала литий-ионных аккумуляторов / В.С. Дубасова, Е.В. Махонина, В.С Первов и др. // Электрохимическая энергетика. –2002. –Т.2, №3. С. 111-115.
  27. Гасюк И. М. Автоматизированная многоканальная установка циклирования электрохимических ячеек / И. М. Гасюк, В. В. Угорчук, Ю. И. Стрелецкий [и др.] // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2007. – Т. 115, № 3. – С. 8–10.
  28. Вариант разработки автоматизированной многоканальной установки циклирования электрохимических ячеек / И. М. Гасюк В.В. Угорчук, Ю. И. Стрелецкий [и др.] // Датчики и системы. – 2007. – Т.97, №6.– С.39–40.
  29. Вариант разработки автоматизированной многоканальной установки циклирования электрохимических ячеек: материалы IX Международной конф. [Фундаментальные проблемы преобразования энергии в литиевых электрохимических системах], (Уфа, 14–18 августа 2006 г.) Российская академия наук, Научный совет РАН по электрохимии (секция “Общие вопросы химических источников тока”). – Уфа: Институт органической химии Уфимского научного центра РАН, 2006. –315c.
  30. Галюс. Теоретические основы электрохимического анализа. – M.: Мир, 1974. – С. 552.
  31. Coverdale R.T. An improved model for simulating impedance spectroscopy / R.T. Coverdale, H. M. Jennings , E. J. Garboczi // Computational Materials Science. – 1995. – N 3. – P. 465-474.
  32. Кулова Т. Л. Интеркаляция лития в тонкие пленки аморфного кремния: иследование методом спектроскопии электрохимического импеданса / Т. Л. Кулова, Ю. В. Плесков, А. М. Скундин, Е. И. Теруков, О. И. Коньков // Электрохимия. –2006. – Т. 42, № 7.– С. 791-798.
  33. Бляссе Ж. Кристаллохжшя феррошпинелей. Пер. с англ. - М Металлургия, 1968. –184с.
  34. Levi M. D. Diffusion Coefficients of Lithium Ions during Intercalation into Graphite Derived from the Simultaneous Measurements and Modeling of Electrochemical Impedance and Potentiostatic Intermittent Titration Characteristics of Thin Graphite Electrodes / M. D. Levi and D. Aurbach // J. Phys. Chem. B. – 1997. – N101, V23. – P 4641–4647.
  35. Ito S. Lithium battery having a large capacity using Fe3O4 as a cathode material / S. Ito, K. Nakaoka, M. Kawamura, K. Ui, K. Fujimoto, N. Koura // Journal of Power Sources. – 2005. –N146. – P. 319-322.
  36. Islam M. S. Lithium Insertion into Fe304 / M. S. Islam // Journal of Solid State Chemistry. – 1988. –N7. P. 180-189.

Downloads

How to Cite

Гасюк, І. М., Угорчук, В. В., Угорчук, О. М., Кайкан, Л. С., Січка, М. Я., & Депутат, Б. Я. (2012). Determination of diffusion coefficient of lithium ions in the cathode material based on Fe3O4. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(8(49), 4–12. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2011.2420

Issue

Vol. 1 No. 8(49) (2011): The applied physics and materials technology

Section

Applied physics

License

Copyright (c) 2014 Іван Михайлович Гасюк, Володимир Васильович Угорчук, Ольга Михайлівна Угорчук, Лариса Степанівна Кайкан, Михайло Ярославович Січка, Богдан Ярославович Депутат

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

The consolidation and conditions for the transfer of copyright (identification of authorship) is carried out in the License Agreement. In particular, the authors reserve the right to the authorship of their manuscript and transfer the first publication of this work to the journal under the terms of the Creative Commons CC BY license. At the same time, they have the right to conclude on their own additional agreements concerning the non-exclusive distribution of the work in the form in which it was published by this journal, but provided that the link to the first publication of the article in this journal is preserved.

A license agreement is a document in which the author warrants that he/she owns all copyright for the work (manuscript, article, etc.).
The authors, signing the License Agreement with TECHNOLOGY CENTER PC, have all rights to the further use of their work, provided that they link to our edition in which the work was published.
According to the terms of the License Agreement, the Publisher TECHNOLOGY CENTER PC does not take away your copyrights and receives permission from the authors to use and dissemination of the publication through the world's scientific resources (own electronic resources, scientometric databases, repositories, libraries, etc.).
In the absence of a signed License Agreement or in the absence of this agreement of identifiers allowing to identify the identity of the author, the editors have no right to work with the manuscript.
It is important to remember that there is another type of agreement between authors and publishers – when copyright is transferred from the authors to the publisher. In this case, the authors lose ownership of their work and may not use it in any way.