Учените проектират евтина-натриево-йонна батерия с евтини електродни материали

Международен изследователски екип е проектирал система за съхранение на натриево-йонна батерия (SIB), базирана на катоден материал от тип P2, известен като Na0,67Mn0,33Ni0,33Fe0,33O2, и анод, разчитащ на твърд въглероден материал, произведен от лавандулови цветя.

Предложената системна конфигурация е предназначена за ни-изработка, като същевременно се гарантира мащабируемост и екологична устойчивост, тъй като двата електродни материала са описани като „широко достъпни“ прекурсори.

„Разнообразието на растенията и производственият капацитет са важни фактори, влияещи върху комерсиализацията на SIBs, тъй като-твърдите въглероди, получени от растения, са едновременно устойчиви и икономични“, обясниха изследователите. „Твърдият въглерод, получен от растения, запазва микроструктурите на растителните тъкани, като по този начин подобрява проникването на електролита и дифузията на натрия.

Учените оценяват световното производство на лавандула на приблизително 1000-1500 тона годишно. Въпреки това, само малка част от това производство може да се използва за електродни материали, тъй като само цветният остатък е подходящ за превръщане в твърд въглерод.

Те също така отбелязаха, че твърдият въглероден анод и катодът тип P2- в пълната клетка имат недостатъчни резервоари с натрий, което води до лошо електрохимично представяне. „Настоящата работа се справя с тази празнина чрез оценка на пълната -клетъчна производителност на P2-Na0.67Mn0.9Ni0.1O2, съчетана с твърд въглерод, извлечен от отпадъци от цветя на лавандула, при различни подходи на пресодиация“, обясниха те допълнително.

Учените са използвали рентгенова дифракция (XRD), сканираща електронна микроскопия (SEM), рентгенова фотоелектронна спектроскопия (XPS), инфрачервена спектроскопия с трансформация на Фурие (FTIR) и раманова спектроскопия, за да характеризират катода и анода на системата SIB и откриха, че катодът има хексагонален P63/mmc структура, докато анодът показва характерни широки пикове на аморфен въглерод.

SEM и TEM разкриха, по-специално, катодни зърна с микрометър-размер и пореста твърда въглеродна повърхност, а EDS и XPS показаха, че материалът има добра структурна стабилност. По-нататъшният анализ също показа, че включването на никел (Ni) подобрява структурните, електронни и електрохимични характеристики на катода.

Нещо повече, електрохимичните тестове разкриват първоначален капацитет от 200 mAh/g за катода и 360 mAh/g за анода със задържане на капацитет от 42% и 67,4% след 100 цикъла. Като цяло беше установено, че допингът с Ni подобрява проводимостта и стабилността на катода, а анодът демонстрира добра производителност при съхранение на натрий, поддържайки силна половина-клетъчна и потенциална пълна-клетъчна производителност, според изследователите.

„Това всеобхватно проучване подчертава потенциала за разработване на SIB с ниско{0}}разходни и устойчиви електродни материали“, заключават те. „Оптимизирането на стратегиите за предварително управление предлага възможност за напреднали търговски и мащабируеми SIB технологии.“

Системата е описана в проучването „Разходо{0}}ефективни натриево-йонни батерии, използващи Na0.67Mn0.9Ni0.1O2 катод и лавандулови-цветове-отпадъци-извлечен твърд въглерод със сравнителен подход за предварително-накисване“, публикувано в Journal of Power Sources. Изследователският екип се състоеше от учени от турския университет Inonu, техническия университет в Истанбул, университета Malatya Turgut Ozal и университета Aksaray, както и от Корейския институт за наука и технологии и пакистанския университет Quaid-i{-Azam, между другото.