Naukowcy projektują niedrogie-sodowe-baterie jonowe z tanich materiałów elektrodowych

Międzynarodowy zespół badawczy zaprojektował system przechowywania baterii-jonowo-sodowej (SIB) oparty na materiale katody typu P2, znanym jako Na0,67Mn0,33Ni0,33Fe0,33O2 i anodzie opartej na twardym materiale węglowym wytwarzanym z kwiatów lawendy.

Proponowana konfiguracja systemu jest przeznaczona do niedrogiego-wytwarzania, przy jednoczesnym zapewnieniu skalowalności i zrównoważenia środowiskowego, ponieważ oba materiały elektrod są określane jako „szeroko dostępne” prekursory.

„Różnorodność roślin i zdolność produkcyjna to ważne czynniki wpływające na komercjalizację SIB, ponieważ-twarde węgle pochodzenia roślinnego są zarówno zrównoważone, jak i ekonomiczne” – wyjaśnili naukowcy. „Twardy węgiel pochodzący z roślin chroni mikrostrukturę tkanek roślinnych, zwiększając w ten sposób penetrację elektrolitu i dyfuzyjność sodu.

Naukowcy oszacowali światową produkcję lawendy na około 1000–1500 ton rocznie. Jednak tylko niewielka część tej produkcji może zostać wykorzystana na materiały elektrodowe, ponieważ tylko pozostałość kwiatowa nadaje się do przekształcenia w twardy węgiel.

Zauważyli również, że anoda z twardego węgla i katoda typu P2-w pełnym ogniwie mają niewystarczające zbiorniki sodu, co prowadzi do słabej wydajności elektrochemicznej. „Niniejsza praca wypełnia tę lukę, oceniając-wydajność pełnego ogniwa P2-Na0.67Mn0.9Ni0.1O2 w połączeniu z twardym węglem pochodzącym z odpadów kwiatu lawendy przy różnych metodach presodowania” – wyjaśnili dalej.

Naukowcy wykorzystali dyfrakcję promieni X- (XRD), skaningową mikroskopię elektronową (SEM), spektroskopię fotoelektronów promieni X- (XPS), spektroskopię w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR) i spektroskopię Ramana, aby scharakteryzować katodę i anodę systemu SIB i odkryli, że katoda ma sześciokątną strukturę P63/mmc, podczas gdy anoda wykazywała charakterystyczne szerokie piki amorficzne węgiel.

SEM i TEM ujawniły w szczególności ziarna katody-wielkości mikrometrów i porowatą, twardą powierzchnię węgla, a badania EDS i XPS wykazały, że materiał ma dobrą stabilność strukturalną. Dalsza analiza wykazała również, że wprowadzenie niklu (Ni) poprawiło parametry strukturalne, elektroniczne i elektrochemiczne katody.

Ponadto badania elektrochemiczne wykazały pojemności początkowe na poziomie 200 mAh/g dla katody i 360 mAh/g dla anody przy zachowaniu pojemności na poziomie 42% i 67,4% po 100 cyklach. Ogólnie rzecz biorąc, stwierdzono, że domieszka niklu poprawia przewodność i stabilność katody, a anoda wykazuje dobrą zdolność magazynowania sodu, co według naukowców zapewnia silną wydajność pół-ogniwa i potencjalnie pełnego-ogniwa.

„To kompleksowe badanie podkreśla potencjał opracowania SIB przy użyciu tanich{0}}i zrównoważonych materiałów elektrodowych” – podsumowali. „Optymalizacja strategii presodacji stwarza szansę dla zaawansowanych komercyjnych i skalowalnych technologii SIB”.

System opisano w badaniu „Ekonomiczne-akumulatory sodowe-z wykorzystaniem katody Na0,67Mn0,9Ni0,1O2 i twardym węglem-z lawendy-kwiatów-pochodnych-z porównawczym podejściem-namaczania”, opublikowanym w czasopiśmie Journal of Power Sources. W skład zespołu badawczego weszli naukowcy z tureckiego Uniwersytetu Inonu, Politechniki w Stambule, Uniwersytetu Malatya Turgut Ozal i Uniwersytetu Aksaray, a także między innymi z Koreańskiego Instytutu Nauki i Technologii i pakistańskiego Uniwersytetu Quaid-i-Azam.