Gas Solubility and Vapor Pressure of Electrolytes Based on Alkylcarbonates Containing Litfsi, Lifap, and LiPF6 Lithium Salt: Measurement and Prediction

Most liquid electrolytes used in commercial lithium-ion batteries are composed by alkylcarbonate mixture containing lithium salt. The decomposition of these solvents by oxidation or reduction during cycling of the cell, induce generation of gases (CO2, CH4, C2H4, CO …) increasing of pressure in the sealed cell, which causes a safety problem [1]. The prior understanding of parameters, such as structure and nature of salt, temperature pressure, concentration, salting effects and solvation parameters, which influence gas solubility and vapor pressure of electrolytes is required to formulate safer and suitable electrolytes especially at high temperature.

We present in this work the CO2, CH4, C2H4, CO solubility in different pure alkyl-carbonate solvents (PC, DMC, EMC, DEC) and their binary or ternary mixtures as well as the effect of temperature and lithium salt LiX (X = LiPF6, LiTFSI or LiFAP) structure and concentration on these properties. Furthermore, in order to understand parameters that influence the choice of the structure of the solvents and their ability to dissolve gas through the addition of a salt, we firstly analyzed experimentally the transport properties (Self diffusion coefficient (D), fluidity (h-1), and conductivity (s) and lithium transport number (tLi) using the Stock-Einstein, and extended Jones-Dole equations [2]. Furthermore, measured data for the of CO2, C2H4, CH4 and CO solubility in pure alkylcarbonates and their mixtures containing LiPF6; LiFAP; LiTFSI salt, are reported as a function of temperature and concentration in salt. Based on experimental solubility data, the Henry’s law constant of gases in these solvents and electrolytes was then deduced and compared with values predicted by using COSMO-RS methodology within COSMOthermX software. From these results, the molar thermodynamic functions of dissolution such as the standard Gibbs energy, the enthalpy, and the entropy, as well as the mixing enthalpy of the solvents and electrolytes with the gases in its hypothetical liquid state were calculated and discussed [3]. Finally, the analysis of the CO2 solubility variations with the salt addition was then evaluated by determining specific ion parameters Hi by using the Setchenov coefficients in solution. This study showed that the gas solubility is entropy driven and can been influenced by the shape, charge density, and size of the anions in lithium salt.

References

[1] S.A. Freunberger, Y. Chen, Z. Peng, J.M. Griffin, L.J. Hardwick, F. Bardé, P. Novák, P.G. Bruce, Journal of the American Chemical Society 133 (2011) 8040-8047.

[2] P. Porion, Y.R. Dougassa, C. Tessier, L. El Ouatani, J. Jacquemin, M. Anouti, Electrochimica Acta 114 (2013) 95-104.

[3] Y.R. Dougassa, C. Tessier, L. El Ouatani, M. Anouti, J. Jacquemin, The Journal of Chemical Thermodynamics 61 (2013) 32-44.

A simply effective double-coating cathode with MnO2 nanosheets/graphene as functionalized interlayer for high performance lithium-sulfur batteries

Herein, we report a facile and effective adsorption strategy to improve the performance of Lithium-Sulfur (Li-S) batteries. MnO₂ nanosheets grown on the surface of highly conductive graphene resulted in a coupled composite bilayer electrode when coated onto a sulfur cathode. In this way, a high initial specific capacity of 1395 mA h g^-1 at a rate of 0.5C, a coulombic efficiency approaching 100% and steady cyclic efficiency with a fade rate of 0.3% per cycle from 10 to 100 cycles has been achieved. This hybrid electrode not only shows enhanced electrochemical performance but can also be easily controlled and scaled thereby aiding future commercialization of high-performance Li-S batteries.

Facile synthesis of copper-manganese spinel anodes with high capacity and cycling performance for lithium-ion batteries

Copper-manganese spinel containing anodes were synthesized by a facile sol-gel method and evaluated in lithium-ion battery applications for the first time. The synergistic effects between copper-manganese and the aqueous binder (sodium carboxymethyl cellulose) provided a high specific capacity and excellent cycling performance. It was found that the specific capacity of the copper-manganese spinel remained at 608 mAh g⁻¹ after 100 cycles at a current density of 200 mA g⁻¹. Furthermore, a relatively high reversible capacity of 278 mAh g⁻¹ could be obtained at a current density of 2000 mA g⁻¹, indicating a good rate capability. These studies suggest that copper-manganese spinel is a promising material for lithium-ion battery applications due to a combination of good electrochemical performance and low cost.

Toward A Reliable Quality Control Test For Microneedle Insertion

Microneedles (MNs) are emerging devices that can be used for the delivery of drugs at specific locations1. Their performance is primarily judged by different features and the penetration through tissue is one of the most important aspects to evaluate. For detailed studies of MN performance different kind of in-vitro, exvivo and in-vivo tests should be performed. The main limitation of some of these tests is that biological tissue is too heterogeneous, unstable and difficult to obtain. In addition the use of biological materials sometimes present legal issues. There are many studies dealing with artificial membranes for drug diffusion2, but studies of artificial membranes for Microneedle mechanical characterization are scarce3. In order to overcome these limitations we have developed tests using synthetic polymeric membranes instead of biological tissue. The selected artificial membrane is homogeneous, stable, and readily available. This material is mainly composed of a roughly equal blend of a hydrocarbon wax and a polyolefin and it is commercially available under the brand name Parafilm®. The insertion of different kind of MN arrays prepared from crosslinked polymers were performed using this membrane and correlated with the insertion of the MN arrays in ex-vivo neonatal porcine skin. The insertion depth of the MNs was evaluated using Optical coherence tomography (OCT). The implementation of MN transdermal patches in the market can be improved by make this product user-friendly and easy to use. Therefore, manual insertion is preferred to other kind of procedures. Consequently, the insertion studies were performed in neonatal porcine skin and the artificial membrane using a manual insertion force applied by human volunteers. The insertion studies using manual forces correlated very well with the same studies performed with a Texture Analyzer equipment. These synthetic membranes seem to mimic closely the mechanical properties of the skin for the insertion of MNs using different methods of insertion. In conclusion, this artificial membrane substrate offers a valid alternative to biological tissue for the testing of MN insertion and can be a good candidate for developing a reliable quality control MN insertion test.

Développement d'une méthode de prédiction de l'orientation et de l'insertion des protéines dans une membrane modèle

Les protéines membranaires intégrales jouent un rôle indispensable dans la survie des cellules et 20 à 30% des cadres de lectures ouverts codent pour cette classe de protéines. La majorité des protéines membranaires se trouvant sur la Protein Data Bank n’ont pas une orientation et une insertion connue. L’orientation, l’insertion et la conformation que les protéines membranaires ont lorsqu’elles interagissent avec une bicouche lipidique sont importantes pour la compréhension de leur fonction, mais ce sont des caractéristiques difficiles à obtenir par des méthodes expérimentales. Des méthodes computationnelles peuvent réduire le temps et le coût de l’identification des caractéristiques des protéines membranaires. Dans le cadre de ce projet de maîtrise, nous proposons une nouvelle méthode computationnelle qui prédit l’orientation et l’insertion d’une protéine dans une membrane. La méthode est basée sur les potentiels de force moyenne de l’insertion membranaire des chaînes latérales des acides aminés dans une membrane modèle composèe de dioléoylphosphatidylcholine.

Création d’un guide pédagogique pour outiller les enseignants en insertion professionnelle au 2e cycle du primaire dans leur gestion de classe en début d’année scolaire

La chercheuse a consulté plusieurs écrits afin de définir l’insertion professionnelle et de soulever les principales difficultés des enseignants novices. Constatant que la gestion de classe est leur plus grande difficulté en début de carrière, elle a approfondi ses recherches sur ce concept en le définissant et le décrivant plus explicitement possible. Puisqu’il semble y avoir peu d’ouvrages pédagogiques fournissant des outils pratiques et complets pour les premiers jours avant et après la rentrée scolaire, la pertinence d’une recherche développement est justifiée. En plus de répondre aux besoins des enseignants novices du 2e cycle du primaire en début d’année scolaire et de s’appuyer rigoureusement sur le concept à la base de cette recherche, soit la gestion de classe, le guide a aussi été évalué par trois personnes expertes : Mme Fanny Dessain, enseignante en insertion professionnelle, Mme Odile Morin, enseignante au 2e cycle du primaire ainsi que Mme Nathalie Poulin, psychoéducatrice et formatrice à la CSDM (Commission scolaire de Montréal) pour les enseignants novices. À la suite de la lecture de leurs commentaires, des améliorations ont été apportées au guide pour lui procurer encore plus de rigueur et pour qu’il soit le plus près possible de la réalité des milieux scolaires actuels.

Synthèse de titanates de lithium nanostructurés par plasma inductif pour les batteries lithium-ion

Le marché des accumulateurs lithium-ion est en expansion. Cette croissance repose partiellement sur la multiplication des niches d’utilisation et l’amélioration constante de leurs performances. En raison de leur durabilité exceptionnelle, de leur faible coût, de leur haute densité de puissance et de leur fiabilité, les anodes basées sur les titanates de lithium, et plus particulièrement le spinelle Li4Ti5O12, présentent une alternative d’intérêt aux matériaux classiques d’anodes en carbone pour de multiples applications. Leur utilisation sous forme de nanomatériaux permet d’augmenter significativement la puissance disponible par unité de poids. Ces nanomatériaux ne sont typiquement pas contraints dans une direction particulière (nanofils, nanoplaquettes), car ces formes impliquent une tension de surface plus importante et requièrent donc généralement un mécanisme de synthèse dédié. Or, ces nanostructures permettent des réductions supplémentaires dans les dimensions caractéristiques de diffusion et de conduction, maximisant ainsi la puissance disponible, tout en affectant les propriétés habituellement intrinsèques des matériaux. Par ailleurs, les réacteurs continus reposant sur la technologie du plasma thermique inductif constituent une voie de synthèse démontrée afin de générer des volumes importants de matériaux nanostructurés. Il s’avère donc pertinent d’évaluer leur potentiel dans la production de titanates de lithium nanostructurés. La pureté des titanates de lithium est difficile à jauger. Les techniques de quantification habituelles reposent sur la fluorescence ou la diffraction en rayons X, auxquelles le lithium élémentaire se prête peu ou pas. Afin de quantifier les nombreuses phases (Li4Ti5O12, Li2Ti3O7, Li2TiO3, TiO2, Li2CO3) identifiées dans les échantillons produits par plasma, un raffinement de Rietveld fut développé et validé. La présence de γ-Li2TiO3 fut identifiée, et la calorimétrie en balayage différentiel fut explorée comme outil permettant d’identifier et de quantifier la présence de β-Li2TiO3. Différentes proportions entre les phases produites et différents types de morphologies furent observés en fonction des conditions d’opération du plasma. Ainsi, des conditions de trempe réductrice et d’ensemencement en Li4Ti5O12 nanométrique semblent favoriser l’émergence de nanomorphologies en nanofils (associés à Li4Ti5O12) et en nanoplaquette (associées à Li2TiO3). De plus, l’ensemencement et les recuits augmentèrent significativement le rendement en la phase spinelle Li4Ti5O12 recherchée. Les recuits sur les poudres synthétisées par plasma indiquèrent que la décomposition du Li2Ti3O7 produit du Li4Ti5O12, du Li2TiO3 et du TiO2 (rutile). Afin d’approfondir l’investigation de ces réactions de décomposition, les paramètres cristallins du Li2Ti3O7 et du γ-Li2TiO3 furent définis à haute température. Des mesures continues en diffraction en rayon X à haute température furent réalisées lors de recuits de poudres synthétisées par plasma, ainsi que sur des mélanges de TiO2 anatase et de Li2CO3. Celles-ci indiquent la production d’un intermédiaire Li2Ti3O7 à partir de l’anatase et du carbonate, sa décomposition en Li4Ti5O12 et TiO2 (rutile) sur toute la plage de température étudiée, et en Li2TiO3 et TiO2 (rutile) à des températures inférieures à 700°C.

Application de la théorie tripolaire du processus de formation dans un contexte d'insertion professionnelle à la fonction de conseillère au développement.

En observant, en étudiant, en décrivant un processus de formation dans sa dimension écoformative, hétéroformative et autoformative lors d'une expérience d'insertion professionnelle, il devient possible de déterminer lequel de ces trois pôles de formation apporte la contribution la plus grande à cette expérience. Aussi, cela permet de découvrir comment la connaissance du processus tripolaire de formation peur influencer, améliorer, faciliter la période de l'insertion professionnelle. L'objectif général de la recherche est de comprendre le processus tripolaire de formation lors d'une expérience d'insertion professionnelle et ce, en décrivant la contribution à la formation de chacun des pôles de la théorie tripolaire de formation et en évaluant le poids de chacun de ces pôles lors de l'expérience d'insertion professionnelle. L'expérience d'insertion professionnelle étudiée est celle du passage de la fonction d'enseignante du primaire à celle de conseillère au développement vécue par l'auteur de cet essai. Cette étude s'est réalisée dans le cadre d'une recherche de développement profesionnel dont le but visé est une plus grande compréhension de l'objet de la recherche soit le processus tripolaire de formation lors de l'expérience d'insertion professionnelle. Pour ce faire, le discours utilisé est herméneutique.

Substrate and catalyst effects in C-H insertion reactions of α-diazoacetamides

Intramolecular C–H insertion reactions of α-diazocarbonyl compounds typically proceed with preferential five-membered ring formation. However, the presence of a heteroatom such as nitrogen can activate an adjacent C–H site toward insertion resulting in regiocontrol issues. In the case of α-diazoacetamide derivatives, both β- and γ-lactam products are possible owing to this activating effect. Both β- and γ-lactam products are powerful synthetic building blocks in the area of organic synthesis, as well as a common scaffold in a range of natural and pharmaceutical products and therefore C–H insertion reactions to form such compounds are attractive processes.