Teadlased kavandavad odava-naatriumi-aku odavate elektroodide materjalidega

Rahvusvaheline uurimisrühm on välja töötanud naatrium{0}}ioonaku (SIB) salvestussüsteemi, mis põhineb P2-tüüpi katoodmaterjalil, mida tuntakse nimega Na0,67Mn0,33Ni0,33Fe0,33O2, ja anoodil, mis põhineb lavendliõitest valmistatud kõval süsinikmaterjalil.

Kavandatud süsteemikonfiguratsioon on ette nähtud odavaks{0}}tootmiseks, tagades samal ajal mastaapsuse ja keskkonnasäästlikkuse, kuna kahte elektroodimaterjali kirjeldatakse kui "laialt juurdepääsetavaid" lähteaineid.

"Taimede mitmekesisus ja tootmisvõimsus on olulised tegurid, mis mõjutavad SIB-de turustamist, kuna taimne{0}}süsinik on nii jätkusuutlik kui ka ökonoomne," selgitasid teadlased. "Taimedest saadud kõva süsinik säilitab taimekudede mikrostruktuure, suurendades seeläbi elektrolüüdi läbitungimist ja naatriumi difusiooni.

Teadlased hindasid ülemaailmseks lavendlitoodanguks umbes 1000–1500 tonni aastas. Kuid ainult väikest osa sellest toodangust saab kasutada elektroodimaterjalide jaoks, kuna ainult õie jäägid sobivad kõvaks süsinikuks muutmiseks.

Samuti märkisid nad, et täiselemendi kõval süsinikanoodil ja P2--tüüpi katoodil ei ole piisavalt naatriumireservuaare, mis põhjustab kehva elektrokeemilise jõudluse. "Käesolev töö käsitleb seda lünka, hinnates P2-Na0,67Mn0,9Ni0,1O2 täielikku -raku jõudlust koos lavendliõie jäätmetest saadud kõva süsinikuga erinevatel eelsoodumustel," selgitasid nad.

Teadlased kasutasid röntgendifraktsiooni (XRD), skaneerivat elektronmikroskoopiat (SEM), röntgenfotoelektronspektroskoopiat (XPS), Fourier-transformatsiooni infrapunaspektroskoopiat (FTIR) ja Ramani spektroskoopiat, et iseloomustada SIB süsteemi katoodi ja anoodi struktuuri, samas kui anood ja anoodil P6 on leitud, et he/mmcagonaal ja P6. anoodil olid iseloomulikud laiad amorfse süsiniku piigid.

SEM ja TEM näitasid eelkõige mikromeetri{0}}suuruses katooditerasid ja poorset kõva süsiniku pinda ning EDS ja XPS näitasid, et materjalil on hea struktuurne stabiilsus. Täiendav analüüs näitas ka, et nikli (Ni) lisamine parandas katoodi struktuurset, elektroonilist ja elektrokeemilist jõudlust.

Peale selle näitas elektrokeemiline testimine katoodi esialgseks võimsuseks 200 mAh/g ja anoodiks 360 mAh/g, võimsuse säilivus 42% ja 67,4% pärast 100 tsüklit. Üldiselt leiti, et Ni-doping parandas katoodi juhtivust ja stabiilsust ning anood näitas head naatriumisalvestusvõimet, toetades teadlaste sõnul tugevat pool{6}}elemendi ja potentsiaalset täis{7}}elemendi jõudlust.

"See põhjalik uuring tõstab esile potentsiaali SIB-de väljatöötamiseks madalate{0}}kulukate ja jätkusuutlike elektroodimaterjalidega," järeldasid nad. "Eelhääletuse strateegiate optimeerimine pakub võimalust täiustatud kaubanduslike ja skaleeritavate SIB-tehnoloogiate jaoks."

Süsteemi kirjeldati ajakirjas Journal of Source of Power avaldatud uuringus "Tasulikud naatrium-ioonakud, mis kasutavad Na0,67Mn0,9Ni0,1O2 katoodi ja lavendli-lille{7}}jääkidest-saadud kõvasüsi, mis on saadud võrdleva eel-toiteallika lähenemisviisiga. Uurimisrühma kuulusid teadlased Türgi Inonu ülikoolist, Istanbuli tehnikaülikoolist, Malatya Turgut Ozali ülikoolist ja Aksaray ülikoolist, aga ka Korea teaduse ja tehnoloogia instituudist ning Pakistani Quaid{11}}i-Azami ülikoolist.