MOE-Fellowship: Nadežda Traškina

Detailed studies on alternative green binders and efficient gas evolution suppressing electrolytes for sodium-ion batteries

Wasserbasierte Elektrolyte zeichnen sich durch ihre überlegene thermische Stabilität, Umweltfreundlichkeit und hohe Ionenleitfähigkeit aus. Aufgrund der hohen Reaktivität des Wassers in Elektrolyten treten jedoch unvermeidlich wasserinduzierte parasitäre Reaktionen wie Wasserstoff- oder Sauerstoffentwicklungsreaktionen (HER und OER) auf, die die coulombische Effizienz (CE) des Lade-Entlade-Zyklus verringern. Darüber hinaus führen konsistente Entwicklungsreaktionen zu lokalen pH-Änderungen, die langfristig für die Verschlechterung des aktiven Materials und folglich für die Zykluslebensdauer der Elektroden verantwortlich sind. Molekulare Crowding-wässrige Elektrolyte ermöglichen ein breiteres Betriebs-Spannungsfenster, indem sie Wassermoleküle im Wasserstoffbrückennetzwerk zwischen Crowding-Agenten und Wasser einschließen. Infolgedessen wird die Wasseraktivität signifikant reduziert und die Wasserspaltung unterdrückt. Glycerin mit drei Hydroxylgruppen pro Molekül und hochpolares DMSO sind geeignete Kandidaten für molekulare Crowding-Agenten.

Hier zeigen wir eine Methode zur Entwicklung von zwei Arten sicherer, kostengünstiger und hochspannungsfähiger wässriger Elektrolyte und vergleichen sie mit organischen Elektrolyten. In dieser Studie wird NTP mit NASICON-Struktur, das vielversprechendste, jedoch sowohl unter OER als auch HER leidende SIB-Anodenmaterial, in zwei Serien molekularer Crowding-Elektrolyte untersucht. NaNO3, ein einfaches und erschwingliches, aber hochlösliches und elektrochemisch stabiles Salz in Kombination mit DMSO und Glycerin, verbessert die Kapazitätserhaltung von NTP-basierten Anoden auf Werte, die mit gängigen organischen Elektrolyten erzielt werden. Vollständige NTP-PBA-Zellen zeigten doppelt so hohe Anfangskapazitäten, bessere Effizienz und Kapazitätserhaltung im Vergleich zu einfachen wässrigen Elektrolyten.

AZ: 30024/019

Zeitraum

07.02.2024 - 06.08.2024

Land

Baltikum

Institut

Humboldt-Universität zu Berlin
Department of Chemistry

Betreuer

Prof. Dr. Philipp Adelhelm