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Jun 26, 2023

Natrium

Pusan ​​National University, Busan, Südkorea Lithium-Ionen-Batterien haben eine hohe Leistung

Pusan ​​National University, Busan, Südkorea

Lithium-Ionen-Batterien verfügen über eine hohe Energiedichte und eine lange Lebensdauer, was sie sowohl in tragbaren Elektronikgeräten als auch in Elektrofahrzeugen unverzichtbar macht. Allerdings erfordern die hohen Kosten und das begrenzte Angebot an Lithium die Entwicklung alternativer Energiespeichersysteme. Zu diesem Zweck haben Forscher Natrium-Ionen-Batterien (SIBs) als mögliche Kandidaten vorgeschlagen.

Natrium hat nicht nur ähnliche physikalisch-chemische Eigenschaften wie Lithium, sondern ist auch nachhaltig und kostengünstig. Seine Ionen sind jedoch groß und haben eine langsame Diffusionskinetik, was ihre Unterbringung in den Kohlenstoffmikrostrukturen der kommerziell erhältlichen Graphitanoden erschwert. Folglich leiden SIB-Anoden unter struktureller Instabilität und schlechter Speicherleistung. In dieser Hinsicht sind mit Heteroatomen dotierte kohlenstoffhaltige Materialien vielversprechend. Ihre Herstellung ist jedoch kompliziert, teuer und zeitaufwändig.

Ein Forscherteam unter der Leitung von Professor Seung Geol Lee von der Pusan ​​National University in Korea verwendete Chinacridone als Vorläufer zur Herstellung kohlenstoffhaltiger SIB-Anoden. „Organische Pigmente wie Chinacridone weisen unterschiedliche Strukturen und funktionelle Gruppen auf. Dadurch entwickeln sie unterschiedliche thermische Zersetzungsverhalten und Mikrostrukturen. Bei der Verwendung als Vorläufer für Energiespeichermaterialien können pyrolysierte Chinacridone die Leistung von Sekundärbatterien stark verändern. Daher.“ „Es ist möglich, eine hocheffiziente Batterie zu implementieren, indem die Struktur der Vorläufer organischer Pigmente gesteuert wird“, erklärte Lee.

Die Forscher konzentrierten sich in ihrer Studie auf 2,9-Dimethylchinacridon (2,9-DMQA). 2,9-DMQA weist eine parallele Molekülpackungskonfiguration auf. Bei der Pyrolyse (thermische Zersetzung) bei 600 °C verfärbte sich 2,9-DMQA von rötlich nach schwarz, wobei eine hohe Verkohlungsausbeute von 61 erzielt wurde. Als nächstes führten die Forscher eine umfassende experimentelle Analyse durch, um den zugrunde liegenden Pyrolysemechanismus zu beschreiben.

Sie schlugen vor, dass die Zersetzung von Methylsubstituenten bei 450 °C freie Radikale erzeugt, die polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe mit einer in Längsrichtung gewachsenen Mikrostruktur bilden, die aus der Bildung von Bindungsbrücken entlang der parallelen Packungsrichtung resultiert. Darüber hinaus setzten stickstoff- und sauerstoffhaltige funktionelle Gruppen in 2,9-DMQA Gase frei, wodurch ungeordnete Domänen in der Mikrostruktur entstanden. Im Gegensatz dazu entwickelte pyrolysiertes unsubstituiertes Chinacridon stark aggregierte Strukturen. Dies lässt darauf schließen, dass die morphologische Entwicklung maßgeblich von der Kristallorientierung des Vorläufers beeinflusst wurde.

Darüber hinaus zeigte 2,9-DMQA, das bei 600 °C pyrolysiert wurde, als SIB eine hohe Geschwindigkeitskapazität (290 mAh/g bei 0,05 A/g) und eine ausgezeichnete Zyklenstabilität (134 mAh/g bei 5 A/g für 1000 Zyklen). Anode. Die stickstoff- und sauerstoffhaltigen Gruppen verbesserten die Batteriespeicherung durch Oberflächeneinschluss und Erhöhung des Zwischenschichtabstands weiter.

„Organische Pigmente wie Chinacridone können als Anodenmaterialien in Natriumionenbatterien verwendet werden. Aufgrund der hohen Effizienz werden sie eine wirksame Strategie für die Massenproduktion von Energiespeichersystemen im großen Maßstab darstellen“, sagte Lee.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Professor Seung Geol Lee unter Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt. Sie müssen JavaScript aktivieren, damit Sie es sehen können.

Dieser Artikel erschien erstmals in der Märzausgabe 2023 des Battery & Electrification Technology Magazine.

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