Magnetic susceptibility as a direct measure of oxidation state in LiFePO4 batteries and cyclic water gas shift reactors

文献情報

出版日 2015-07-01
DOI 10.1039/C5CP02977E
インパクトファクター 3.676
著者

Thomas Kadyk, Michael Eikerling


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要旨

The possibility of correlating the magnetic susceptibility to the oxidation state of the porous active mass in a chemical or electrochemical reactor was analyzed. The magnetic permeability was calculated using a hierarchical model of the reactor. This model was applied to two practical examples: LiFePO4 batteries, in which the oxidation state corresponds with the state-of-charge, and cyclic water gas shift reactors, in which the oxidation state corresponds to the depletion of the catalyst. In LiFePO4 batteries phase separation of the lithiated and delithiated phases in the LiFePO4 particles in the positive electrode gives rise to a hysteresis effect, i.e. the magnetic permeability depends on the history of the electrode. During fast charge or discharge, non-uniform lithium distributionin the electrode decreases the hysteresis effect. However, the overall sensitivity of the magnetic response to the state-of-charge lies in the range of 0.03%, which makes practical measurement challenging. In cyclic water gas shift reactors, the sensitivity is 4 orders of magnitude higher and without phase separation, no hysteresis occurs. This shows that the method is suitable for such reactors, in which large changes of the magnetic permeability of the active material occurs.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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