دانشمندان باتری یونی-سدیم- ارزان قیمت را با مواد الکترود ارزان طراحی کردند

یک تیم تحقیقاتی بین‌المللی یک سیستم ذخیره‌سازی باتری یونی سدیم- (SIB) بر اساس یک ماده کاتدی نوع P2 به نام Na0.67Mn0.33Ni0.33Fe0.33O2 و یک آند متکی بر ماده کربن سخت ساخته شده از گل‌های اسطوخودوس طراحی کرده است.

پیکربندی سیستم پیشنهادی برای ساخت{0}کم هزینه و در عین حال تضمین مقیاس‌پذیری و پایداری محیطی در نظر گرفته شده است، زیرا دو ماده الکترود به‌عنوان پیش‌سازهای «به‌طور گسترده در دسترس» توصیف می‌شوند.

محققان توضیح دادند: «تنوع کارخانه و ظرفیت تولید عوامل مهمی هستند که بر تجاری‌سازی SIBها تأثیر می‌گذارند، زیرا کربن‌های سخت مشتق‌شده از گیاه هم پایدار و هم مقرون‌به‌صرفه هستند». کربن سخت مشتق شده از گیاهان، ریزساختارهای بافت گیاهی را حفظ می کند و در نتیجه نفوذ الکترولیت و نفوذ سدیم را افزایش می دهد.

دانشمندان تولید جهانی اسطوخودوس را تقریباً 1000 تا 1500 تن در سال تخمین زدند. با این حال، تنها بخش کوچکی از این تولید را می توان برای مواد الکترود استفاده کرد، زیرا فقط بقایای گل برای تبدیل به کربن سخت مناسب است.

آنها همچنین خاطرنشان کردند که آند کربن سخت و کاتد نوع P2- در سلول کامل دارای مخازن سدیم ناکافی هستند که منجر به عملکرد ضعیف الکتروشیمیایی می شود. آنها بیشتر توضیح دادند: "کار حاضر با ارزیابی عملکرد کامل سلولی-P2-Na0.67Mn0.9Ni0.1O2 همراه با کربن سخت مشتق شده از ضایعات گل اسطوخودوس تحت رویکردهای مختلف پیش‌سودایی، به این شکاف می‌پردازد."

دانشمندان از پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس (XPS)، طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه{{2} (FTIR) و طیف‌سنجی رامان برای مشخص کردن کاتد هکد سیستم SIB استفاده کردند. ساختار P63/mmc، در حالی که آند قله‌های وسیع مشخصه کربن آمورف را نشان داد.

SEM و TEM به‌ویژه دانه‌های کاتدی در ابعاد میکرومتر و سطح کربن سخت متخلخل و متخلخل را نشان دادند و EDS و XPS نشان دادند که این ماده از پایداری ساختاری خوبی برخوردار است. تجزیه و تحلیل بیشتر همچنین نشان داد که ادغام نیکل (Ni) عملکرد ساختاری، الکترونیکی و الکتروشیمیایی کاتد را بهبود می بخشد.

علاوه بر این، آزمایش الکتروشیمیایی ظرفیت های اولیه 200 میلی آمپر ساعت بر گرم را برای کاتد و 360 میلی آمپر ساعت بر گرم برای آند با حفظ ظرفیت 42٪ و 67.4٪ پس از 100 سیکل نشان داد. به گفته محققان، در مجموع، دوپینگ نیکل برای بهبود هدایت و پایداری کاتد، و آند عملکرد ذخیره‌سازی سدیم خوبی را نشان داد، و به گفته محققان، از عملکرد نیمه قوی و بالقوه کامل سلول پشتیبانی می‌کند.

آنها به این نتیجه رسیدند: "این مطالعه جامع پتانسیل توسعه SIB با مواد الکترود کم هزینه و پایدار را نشان می دهد." "بهینه سازی استراتژی های پیش زمینه سازی فرصتی را برای فناوری های تجاری پیشرفته و مقیاس پذیر SIB ارائه می دهد."

این سیستم در مطالعه «{0}}باتری‌های یون سدیم مقرون‌به‌صرفه- با استفاده از کاتد Na0.67Mn0.9Ni0.1O2 و ضایعات{7}}ضایعات{7}}گل{7} اسطوخودوس-با یک پیش{9} مقایسه‌ای منتشر شده در ژورنال منابع قدرت، توصیف شد. این تیم تحقیقاتی متشکل از دانشمندانی از دانشگاه اینونو ترکیه، دانشگاه فنی استانبول، دانشگاه مالاتیا تورگوت اوزال، و دانشگاه آکسارای، و همچنین از مؤسسه علم و فناوری کره و دانشگاه کواید-ای{12}}اعظم پاکستان و سایرین بود.