Mae gwyddonwyr yn Dylunio Batri ïon Sodiwm Cost Isel Gyda Deunyddiau Electrod Rhad

Mae tîm ymchwil rhyngwladol wedi dylunio system storio batri ion sodiwm (SIB) yn seiliedig ar ddeunydd catod math P2 o'r enw Na0.67Mn0.33Ni0.33Fe0.33O2 ac anod sy'n dibynnu ar ddeunydd carbon caled wedi'i wneud o flodau lafant.

Mae cyfluniad y system arfaethedig wedi'i fwriadu ar gyfer gwneuthuriad cost isel tra'n sicrhau scalability a chynaliadwyedd amgylcheddol, gan fod y ddau ddeunydd electrod yn cael eu disgrifio fel rhagflaenwyr "hygyrch yn eang".

"Mae amrywiaeth planhigion a gallu cynhyrchu yn ffactorau pwysig sy'n effeithio ar fasnacheiddio SIBs, gan fod carbonau caled sy'n deillio o beiriannau yn gynaliadwy ac yn economaidd," esboniodd yr ymchwilwyr. “Mae carbon caled sy'n deillio o blanhigion yn cadw microstrwythurau meinweoedd planhigion, gan wella treiddiad yr electrolyte a thrylededd sodiwm.

Amcangyfrifodd y gwyddonwyr fod tua 1,000-1,500 tunnell yn cael ei gynhyrchu bob blwyddyn o lafant byd-eang. Fodd bynnag, dim ond ffracsiwn bach o'r cynhyrchiad hwn y gellir ei ddefnyddio ar gyfer deunyddiau electrod, gan mai dim ond y gweddillion blodau sy'n addas i'w trosi'n garbon caled.

Nodwyd hefyd nad oes gan yr anod carbon caled a'r catod math P2 yn y gell lawn ddigon o gronfeydd sodiwm, gan arwain at berfformiad electrocemegol gwael. "Mae'r gwaith presennol yn mynd i'r afael â'r bwlch hwn trwy werthuso perfformiad celloedd llawn P2-Na0.67Mn0.9Ni0.1O2 ynghyd â charbon caled sy'n deillio o wastraff blodau lafant o dan wahanol ddulliau rhagnodi," esboniwyd ymhellach.

Defnyddiodd y gwyddonwyr diffreithiant pelydr X-(XRD), microsgopeg electron sganio (SEM), sbectrosgopeg ffotoelectron pelydr X (XPS), Fourier-trawsnewid sbectrosgopeg isgoch (FTIR), a sbectrosgopeg Raman i nodweddu catod ac anod y system SIB, tra bod y catod hecsagon, P6 wedi canfod bod yr adeiledd hexmmagon/ roedd anod yn dangos copaon eang nodweddiadol o garbon amorffaidd.

Datgelodd SEM a TEM, yn arbennig, ronynnau catod maint micromedr ac arwyneb carbon caled mandyllog, a nododd EDS ac XPS fod gan y deunydd sefydlogrwydd adeileddol da. Dangosodd dadansoddiad pellach hefyd fod ymgorffori nicel (Ni) wedi gwella perfformiad strwythurol, electronig ac electrocemegol y catod.

Ar ben hynny, datgelodd profion electrocemegol gynhwysedd cychwynnol o 200 mAh / g ar gyfer y catod a 360 mAh / g ar gyfer yr anod gyda dargadwadau cynhwysedd o 42% a 67.4% ar ôl 100 cylchred. Yn gyffredinol, canfuwyd bod dopio Ni yn gwella dargludedd a sefydlogrwydd y catod, ac roedd yr anod yn dangos perfformiad storio sodiwm da, gan gefnogi perfformiad hanner cell cryf a pherfformiad llawn potensial, yn ôl yr ymchwilwyr.

"Mae'r astudiaeth gynhwysfawr hon yn amlygu'r potensial ar gyfer datblygu SIBs gyda-defnyddiau cost isel a chynaliadwy," daethant i'r casgliad. "Mae optimeiddio strategaethau presodiation yn cynnig cyfle ar gyfer technolegau SIB uwch masnachol a graddadwy."

Disgrifiwyd y system yn yr astudiaeth "Mae batris ion sodiwm cost-effeithiol gan ddefnyddio catod Na0.67Mn0.9Ni0.1O2 a lafant-blodyn-gwastraff-yn deillio o garbon caled gyda dull cyn-socian cymharol," a gyhoeddwyd yn y Journal of Power Sources. Roedd y tîm ymchwil yn cynnwys gwyddonwyr o Brifysgol Inonu Twrci, Prifysgol Dechnegol Istanbul, Prifysgol Malatya Turgut Ozal, a Phrifysgol Aksaray, yn ogystal ag o Sefydliad Gwyddoniaeth a Thechnoleg Korea a Phrifysgol Quaid Pacistan, ymhlith eraill.