Rational design of antimony nanostructures toward high-performance anode materials for sodium-ion batteries
Rational design of antimony nanostructures toward high-performance anode materials for sodium-ion batteries:

Durch die hohe Verfügbarkeit von Natrium und die geringen Kosten haben wiederaufladbare Na-Ionen-Batterien viel Aufmerksamkeit als Alternative für Li-Ionen-Batterien für den Großeinsatz als Energiespeicher erhalten. Eine Herausforderung zur Kommerzialisierung von Na-Ionen-Batterien ist es, nutzbare...

Ausführliche Beschreibung

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser: Liang, Liying 1988- (VerfasserIn)
Format: Abschlussarbeit Buch
Sprache:English
Veröffentlicht: Ilmenau 27.10.2017
Schlagworte:
Nanoröhre
Natrium-Ionen-Akkumulator
Antimon
Anode
Hochschulschrift
Online-Zugang:Inhaltsverzeichnis
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Zusammenfassung:Durch die hohe Verfügbarkeit von Natrium und die geringen Kosten haben wiederaufladbare Na-Ionen-Batterien viel Aufmerksamkeit als Alternative für Li-Ionen-Batterien für den Großeinsatz als Energiespeicher erhalten. Eine Herausforderung zur Kommerzialisierung von Na-Ionen-Batterien ist es, nutzbare Anodenmaterialien zu finden um Na-Ionen aufzunehmen, da Na-Ionen einen größeren Radius als Li-Ionen besitzen. Unter verschiedenen Kandidaten als Anodenmaterial ist metallisches Sb (Antimon) sehr attraktiv durch seine hohe theoretische Kapazität (660 mAh g-1) und ein relativ sicheres Betriebspotential von ca. 0.4V (vs. Na+/Na). Trotz dieser Vorteile ist der größte Engpass für die Verwendung von Sb-Anoden in der Praxis ihre hohe Volumenänderung (~390%) während des Lade- bzw.
Entladezyklus, was eine Pulverisierung der Sb-Materialien und somit zur elektrischen Isolation vom Stromkollektorinduziert und somit zu einer schnellen Degradation der Kapazität und damit schlechten Zyklenfestigkeit führt. Um dieses Problem der großen Volumenänderung von Sb anzugehen wurden im Zuge dieser Dissertation neue Wege entwickelt und darüber hinaus erfolgreich in einer Vollzelle implementiert. Es ist bekannt, dass um eine gute elektrische Performance zu erhalten drei wichtige Dinge unerlässlich sind, diese sind eine hohe Ionen-Diffusion, schneller Elektronentransport und stabile, haltbare Elektrodenstrukturen. Diese drei Aspekte können durch ein rationales Design der Elektrodenstruktur realisiert werden. In dieser Hinsicht wurden drei verschiedene effizienz-orientierte Elektroden hergestellt, diese sind eine hierarchische farnblatt-ähnliche Sb-Elektroden, groß-skalige sehr gleichmäßig angeordnete Sb-Nanorod-Arrays sowie hierarchische Sb-Ni-Nanoarrays.
Zusätzlich können alle drei Strukturen als additiv-freie Anoden für Na-Ionen-Batterien verwendet werden, was nicht nur vorteilhaft ist um die Zyklenperformance zu verbessern, sondern auch die Kosten des Batterie-Systems reduzieren kann sowie komplizierte Prozesse der Elektrodenherstellung unnötig macht. Im Gegensatz zu diesen fortgeschrittenen Elektrodendesigns zeigen alle drei verschiedenen SB-Anoden eine hohe Kapazität, ein hohe Zyklenzahl sowie hohe Zyklenfestigkeit. Des Weiteren wurde die Umsetzbarkeit der drei Elektroden in der Praxis vollständig bewiesen indem diese erfolgreich in Na-Ionen-Batterien-Vollzellen implementiert wurden. Diese Designstrategien können eine wertvolle Orientierung für die Problematik der Volumenänderung auch anderer Elektrodenmaterialien für die Realisierung von schnellen und stabilen Na-Ionen-Energiespeichern darstellen
Beschreibung:Das Erscheinungsdatum ist der Tag der Verteidigung
Beschreibung:XVI, 124 Seiten Diagramme, Illustrationen (teilweise farbig)

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