Výzkumníci z Qingdao University syntetizovali vysoce výkonné anodové materiály na bázi oxidu titaničitého s vynikající cyklickou stabilitou. Zatímco němečtí vědci použili operando techniky k pozorování, jak se solvatované sodíkové ionty zabudovávají do elektrod.
Oxid titaničitý anatas (TiO2) je slibným anodovým materiálem pro sodno-iontové baterie díky své nízké ceně, netoxicitě a hojnosti. Nicméně nízká elektronová vodivost a pomalá kinetika difúze iontů při vysokých rychlostech brzdí praktické aplikace.
Tým výzkumníků z College of Materials Science and Engineering na Qingdao University v Číně prokázal pokrok sol-gelového přístupu k syntéze tepelně stabilních nanočástic anatasu s uhlíkovým obalem jako anodové materiály pro sodno-iontové baterie.
Nejnovější pokroky a výzkum
Když se syntetizovaný anatas testoval v poloviční baterii, vědci zjistili pokrok. A to takový, že baterie vykazuje reverzibilní specifickou kapacitu 228 mAh g-1 – při proudové hustotě 0,05 A gg-1 se 100% zachováním kapacity po 2 000 cyklech při 1 A g-1.
Výsledky rentgenové difrakce in situ a Ramanovy spektroskopie odhalily téměř nulovou deformační charakteristiku anatasu během procesů nabíjení/vybíjení. Výsledky transmisní elektronové mikroskopie in-situ, rentgenové fotoelektronové spektroskopie ex-situ a rastrovací elektronové mikroskopie naznačovaly nevratný proces sodace-aktivace. To vše za vzniku sodované fáze TiO2 během procesu počátečního výboje.
Plný mincový článek sestavený s anatasem jako anodou a Na3V2(PO4)3 jako katodou poskytl hustotu energie 220 Wh/kg. Vědci své výsledky zveřejnili v „Sodium-ion Storage Properties of Thermally Stable Anatase“, který byl nedávno publikován v Energy Material Advances.
Operando analýza
Společná výzkumná skupina z Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) a Humboldt-Universität zu Berlin mezitím použila operando techniky k pozorování, jak se solvatované sodíkové ionty zabudovávají do elektrod.
Ukládání iontů, pokud se doprovází jejich solvatační slupkou v krystalové mřížce, se nazývá „kointerkalace“. Až do tohoto bodu měla tato koncepce omezení na zápornou elektrodu sodíko-iontové baterie. Nyní se berlínským výzkumníkům podařilo rozšířit koncept na kladnou elektrodu baterie.
„S disulfidem titanu (TiS2) a grafitem jsme poprvé zkombinovali dva materiály. Ty absorbují a uvolňují stejné rozpouštědlo během nabíjení a vybíjení baterie,“ řekl Guillermo A. Ferrero, jeden z výzkumníků za „Co- interkalační baterie (CoIB): Role TiS2 jako elektrody pro ukládání solvatovaných iontů Na“. Ta se nedávno publikovala v Advanced Energy Materials.
Vědci mohli pozorovat změny v materiálu během nabíjení a vybíjení prostřednictvím operando měření prováděných v X-Ray Core Lab v HZB na LIMAX 160. To jim pomohlo přiřadit kointerkalační mechanismus uvnitř baterie.
„Proces společné interkalace by mohl zlepšit účinnost tím, že umožní lepší výkon při nízkých teplotách,“ řekla Katherine A. Mazzio z HZB. ,,Mohlo by být také použito ke zlepšení alternativních koncepcí buněk, jako je použití vícemocných iontů místo ukládání Li+ nebo Na+, které jsou zvláště citlivé na solvatační obal.“
Zdroj: pv-magazine, TowPoint
