Temperature characterization of Anode-Free Lithium metal batteries with innovative electrolyte

This thesis investigates the performance of anode-free Li metal batteries using a newly patented electrolyte, with a focus on its behavior under different temperature conditions. The main objective was to characterize the electrolyte’s stability and capacity at varying temperatures through standard charge-discharge cycles (both in half-cell and full-cell configurations), impedance measurements, and microscopic analysis. The results reveal that at higher temperatures, the electrolyte shows increased capacity but also greater degradation, accompanied by excessive salt deposition on the anode. Conversely, at lower temperatures, the electrolyte exhibits improved stability but reduced available capacity. The findings suggest that minimizing the charge rate at high temperatures can reduce degradation, while avoiding fast discharge rates at low temperatures can help preserve capacity. Furthermore, an analysis of a potential protocol for improving battery performance was conducted. These insights offer practical guidelines for optimizing the performance of anode-free batteries conditions in future analyses.

Questa tesi studia le prestazioni delle batterie al litio metallico 'Anode-Free ', utilizzando un elettrolita innovativo e recentemente brevettato, con particolare attenzione al suo comportamento a diverse condizioni di temperatura. L'obiettivo principale è stato quello di caratterizzare la stabilità e la capacità dell'elettrolita a diverse temperature attraverso cicli tradizionali di carica-scarica (in entrambe le configurazioni 'half-cell' e 'full-cell ), misure di impedenza e analisi microscopiche. I risultati rivelano che a temperature più elevate, l'elettrolita mostra una maggiore capacità, ma anche una maggiore degradazione, accompagnata da un'eccessiva deposizione di sali sull'anodo di rame. Al contrario, a temperature più basse, l'elettrolita mostra una maggiore stabilità, ma una ridotta capacità disponibile. I risultati suggeriscono che ridurre al minimo la velocità di carica ad alte temperature può ridurre il degrado, mentre evitare velocità di scarica rapida a basse temperature può aiutare a preservare la capacità. Inoltre, è stata condotta un'analisi di un protocollo speciale basato sul controllo del potenziale per migliorare le prestazioni della batteria. Questi risultati offrono linee guida pratiche per ottimizzare le prestazioni delle condizioni delle batterie tipo 'Anode-Free' con questo elettrolita nelle future analisi.