Imideベースの電解質におけるアルミニウム電流コレクターの陽極挙動：溶媒の影響、動作温度、在来酸化物層の厚さ

イミド塩がアルミニウム電流コレクターに十分に効果的な不動態化層を形成することができないことは、電気化学エネルギー貯蔵システムでの広範なアプリケーションを制限する主な障害の1つです。ただし、特定の状況では、アルミニウム電流コレクターと組み合わせたイミド電解質塩を使用した電解質の使用が可能です。この寄与において、リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（LITFSI）またはリチウムフルオロスルホニル - （トリフルオロメタンスルホニル）イミドを含む電解質におけるアルミニウム電流コレクターの安定性CV）および室温のイオン液体またはエチルメチルスルホンのいずれかのクロノコウロメトリ（CC）。特に、アルミニウム電流コレクター表面のピット形成に対するアルミニウムの天然酸化物層の溶媒、動作温度、および厚さの影響は、走査型電子顕微鏡法によって研究されました。一般に、より顕著なアルミニウム溶解とピット形成が、高温でも、誘電率が高い溶媒でも見られました。天然の酸化アルミニウム層の厚さの増加は、酸化的安定性と溶解を増加させます。さらに、CC測定中のTFSIおよびFTFSIベースの電解質におけるアルミニウム溶解の上部カットオフポテンシャルでの滞留時間に応じて、異なる反応速度を発見しました。LiftFSIの使用は、LITFSIと比較してアルミニウムの溶解を促進しました。全体として、陽極アルミニウム溶解のメカニズムは、次のことに基づいています。i）酸性種によるAl2 O3表面の攻撃、ii）電解質への裸のアルミニウムの溶解は、電解質の誘電率の影響を受けます。

The inability of imide salts to form a sufficiently effective passivation layer on aluminum current collectors is one of the main obstacles that limit their broad application in electrochemical energy-storage systems. However, under certain circumstances, the use of electrolytes with imide electrolyte salts in combination with the aluminum current collector is possible. In this contribution, the stability of the aluminum current collector in electrolytes containing either lithium bis(trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) or lithium fluorosulfonyl-(trifluoromethanesulfonyl) imide (LiFTFSI) as conductive salt was investigated by electrochemical techniques, that is, cyclic voltammetry (CV) and chronocoulometry (CC) in either room-temperature ionic liquids or in ethyl methyl sulfone. In particular, the influence of the solvent, operating temperature, and thickness of the native oxide layer of aluminum on the pit formation at the aluminum current collector surface was studied by means of scanning electron microscopy. In general, a more pronounced aluminum dissolution and pit formation was found at elevated temperatures as well as in solvents with a high dielectric constant. An enhanced thickness of the native aluminum oxide layer increases the oxidative stability versus dissolution. Furthermore, we found a different reaction rate depending on dwell time at the upper cut-off potential for aluminum dissolution in TFSI- and FTFSI-based electrolytes during the CC measurements; the use of LiFTFSI facilitated the dissolution of aluminum compared to LiTFSI. Overall, the mechanism of anodic aluminum dissolution is based on: i) the attack of the Al2 O3 surface by acidic species and ii) the dissolution of bare aluminum into the electrolyte, which, in turn, is influenced by the electrolyte's dielectric constant.