나트륨 이온 배터리는 차세대 배터리 중 하나로 매우 많은 관심을 받고 있다. 리튬이온 배터리(LIB)를 대체 할 수 있는 차세대 배터리로 낮은 가격과 풍부한 자원을 가지고 있는 나트륨 이온 배터리는 낮은 가격과 풍부한 자원으로 고전압 및 고에너지밀도를 갖는 리튬이온 배터리를 대체 할 수 있다. 낮은 배터리 준비 비용과 막대한 나트륨 자원 가용성으로 인해 고전압 및 고 에너지를 제공하는 리튬 이온 배터리 (LIB)의 대체품입니다. 현재 전세계적으로 수많은 연구자들이 다양한 에너지 저장장치(...
나트륨 이온 배터리는 차세대 배터리 중 하나로 매우 많은 관심을 받고 있다. 리튬이온 배터리(LIB)를 대체 할 수 있는 차세대 배터리로 낮은 가격과 풍부한 자원을 가지고 있는 나트륨 이온 배터리는 낮은 가격과 풍부한 자원으로 고전압 및 고에너지밀도를 갖는 리튬이온 배터리를 대체 할 수 있다. 낮은 배터리 준비 비용과 막대한 나트륨 자원 가용성으로 인해 고전압 및 고 에너지를 제공하는 리튬 이온 배터리 (LIB)의 대체품입니다. 현재 전세계적으로 수많은 연구자들이 다양한 에너지 저장장치(ESD)를 개발하고 있는데 나트륨 이온 배터리(SIB)는 그중 하나이다. 전기 자동차 (EV) 시장에서 SIB가 LIB를 대체 할 수 있는지 여부에 관계없이 SIB는 대규모 ESD에 이용 가능하여 세계에서 각광받고 있다. SIB 양극재 중 층상 산화물 양극 활물질은 나트륨의 탈삽입이 반복되면서 발생하는 상전이 및 부피팽창으로 인해 ESD에 적용하기에 한계가 있었다. 최근 상전이 없는 층상의 구리 도핑 된 나트륨 망간 산화물 Na2.3Cu1.1Mn2O7-δ (NCuMnO)를 양극 재료로 개발하여 나트륨 층상 산화물 재료의 주요 한계를 극복하는 데 도움이 되었다. 이 논문은 초급속 연소법(pyrosynthesis) 공정으로 Na2.3Cu1.1Mn2O7-δ 나노 플레이크 형상의 양극 활물질을 합성 했고 SIB 양극재로서의 활용성을 입증했다. Ex-situ XANES, in-situ X-ray 회절 및 전기화학테스트 결과 NCuMnO 양극 활물질이 매우 가역적인 전기화학반응을 나타내었다. 이 NCuMnO 양극활물질은 0.2 C 및 20 C에서 각각 127mAh g-1 및 79.24mAh g-1의 우수한 율속 특성을 나타냈고 이것은 빠른 나트륨 이온 확산과 72 Wh kg-1의 비 출력에서 457.2 Wh kg-1의 예외적으로 높은 비 에너지에 기인한다. 마지막으로 우리 연구그룹은 처음으로 솜사탕 모양을 가지고 탄소 코팅 및 구리가 도핑 된 Na4VMn0.9Cu0.1(PO4)= (NVMCP/C/CC) 양극 활물질을 초급속 연소법으로 합성했다. NVMCP/C/CC의 견고한 구조와 Na이온 삽입/탈리에 대한 매우 가역적인 2상 반응은 in-situ Synchrotron XRD 및 GITT 분석으로 확인했으며 DFT계산을 통해 전자전도도 향상에 대한 이유를 입증했다. 저전류(1.5 C에서 450 사이클 후 79 mAh g-1) 및 고전류 (30 C 에서 3000 사이클 후 68 mAh g-1)에서 NVMCP / C / CC 양극의 우수한 전기 화학적 특성(1.5 C 에서 450 사이클 후 79 mAh g-1)은 3 차원 나노 아키텍처, 균일 한 탄소 코팅 및 Cu 도핑의 복합작용으로 NVMP 양극 활물질의 전기화학적 특성이 향상 되었다. . 본 논문은 초급속연소법을 통해 SIB의 양극활물질 중 층상계 및 NASICON 구조의 양극 활물질을 합성하고 이것에 대한 나노/마이크로 아키텍처 엔지니어링을 단순화하여 형태학 및 운동학적 측면에서 심도 깊게 고찰하고 있다.
나트륨 이온 배터리는 차세대 배터리 중 하나로 매우 많은 관심을 받고 있다. 리튬이온 배터리(LIB)를 대체 할 수 있는 차세대 배터리로 낮은 가격과 풍부한 자원을 가지고 있는 나트륨 이온 배터리는 낮은 가격과 풍부한 자원으로 고전압 및 고에너지밀도를 갖는 리튬이온 배터리를 대체 할 수 있다. 낮은 배터리 준비 비용과 막대한 나트륨 자원 가용성으로 인해 고전압 및 고 에너지를 제공하는 리튬 이온 배터리 (LIB)의 대체품입니다. 현재 전세계적으로 수많은 연구자들이 다양한 에너지 저장장치(ESD)를 개발하고 있는데 나트륨 이온 배터리(SIB)는 그중 하나이다. 전기 자동차 (EV) 시장에서 SIB가 LIB를 대체 할 수 있는지 여부에 관계없이 SIB는 대규모 ESD에 이용 가능하여 세계에서 각광받고 있다. SIB 양극재 중 층상 산화물 양극 활물질은 나트륨의 탈삽입이 반복되면서 발생하는 상전이 및 부피팽창으로 인해 ESD에 적용하기에 한계가 있었다. 최근 상전이 없는 층상의 구리 도핑 된 나트륨 망간 산화물 Na2.3Cu1.1Mn2O7-δ (NCuMnO)를 양극 재료로 개발하여 나트륨 층상 산화물 재료의 주요 한계를 극복하는 데 도움이 되었다. 이 논문은 초급속 연소법(pyrosynthesis) 공정으로 Na2.3Cu1.1Mn2O7-δ 나노 플레이크 형상의 양극 활물질을 합성 했고 SIB 양극재로서의 활용성을 입증했다. Ex-situ XANES, in-situ X-ray 회절 및 전기화학테스트 결과 NCuMnO 양극 활물질이 매우 가역적인 전기화학반응을 나타내었다. 이 NCuMnO 양극활물질은 0.2 C 및 20 C에서 각각 127mAh g-1 및 79.24mAh g-1의 우수한 율속 특성을 나타냈고 이것은 빠른 나트륨 이온 확산과 72 Wh kg-1의 비 출력에서 457.2 Wh kg-1의 예외적으로 높은 비 에너지에 기인한다. 마지막으로 우리 연구그룹은 처음으로 솜사탕 모양을 가지고 탄소 코팅 및 구리가 도핑 된 Na4VMn0.9Cu0.1(PO4)= (NVMCP/C/CC) 양극 활물질을 초급속 연소법으로 합성했다. NVMCP/C/CC의 견고한 구조와 Na이온 삽입/탈리에 대한 매우 가역적인 2상 반응은 in-situ Synchrotron XRD 및 GITT 분석으로 확인했으며 DFT계산을 통해 전자전도도 향상에 대한 이유를 입증했다. 저전류(1.5 C에서 450 사이클 후 79 mAh g-1) 및 고전류 (30 C 에서 3000 사이클 후 68 mAh g-1)에서 NVMCP / C / CC 양극의 우수한 전기 화학적 특성(1.5 C 에서 450 사이클 후 79 mAh g-1)은 3 차원 나노 아키텍처, 균일 한 탄소 코팅 및 Cu 도핑의 복합작용으로 NVMP 양극 활물질의 전기화학적 특성이 향상 되었다. . 본 논문은 초급속연소법을 통해 SIB의 양극활물질 중 층상계 및 NASICON 구조의 양극 활물질을 합성하고 이것에 대한 나노/마이크로 아키텍처 엔지니어링을 단순화하여 형태학 및 운동학적 측면에서 심도 깊게 고찰하고 있다.
There is an attractive grace for sodium-ion batteries (SIBs) that occur in our mutual resourcefulness. It is a like-for-like replacement for lithium-ion batteries (LIBs) that delivers high voltage and high energy, because of low battery-preparation cost and vast availability of sodium resources. Sod...
There is an attractive grace for sodium-ion batteries (SIBs) that occur in our mutual resourcefulness. It is a like-for-like replacement for lithium-ion batteries (LIBs) that delivers high voltage and high energy, because of low battery-preparation cost and vast availability of sodium resources. Sodium-ion batteries (SIBs) are among the plethora of energy storage devices (ESDs) developed by researchers in the lithium-ion battery (LIB) era of the modern electronic world. Regardless of whether SIBs can replace LIBs or not in the electric vehicle (EV) market, SIBs undoubtedly brings a much-needed balance to the world, where large-scale ESDs can be utilized to store electricity. Though, exploitation of layered oxide cathode material for SIBs has a major impact, upon repeated sodium (de)intercalation, phase transition and volume expansion of these materials have been the major limitations for the realization of SIBs as mainstream ESDs. The recent development of phase transition-free, layered copper-doped sodium manganese oxide Na2.3Cu1.1Mn2O7-δ (NCuMnO) as a cathode material has helped to overcome the major limitation of sodium layered oxide materials. The initial part of the thesis demonstrated the synthesis of Na2.3Cu1.1Mn2O7-δ nanoflakes cathode by an ultrafast pyrosynthesis process and the fabrication of NCuMnO as a cathode material SIBs. The ex situ XANES, in situ X-ray diffraction, and galvanostatic intermittent titration technique results, revealed the occurrence of a highly reversible electrochemical process at the NCuMnO cathode. With the novel material, superior rates of 127 mAh g-1 and 79.24 mAh g-1 at 0.2 C and 20 C, respectively, which were attributed to fast sodium-ion diffusion, and exceptionally high specific energy of 457.2 Wh kg-1 at a specific power of 72 Wh kg-1 were achieved. Lastly, we report, for the first time, on the preparation of a cotton-candy-like carbon-coated Cu-doped Na4VMn0.9Cu0.1(PO4)3 (NVMCP/C/CC) cathode by a facile and ultrafast modified pyro-synthesis method. The robust structure of NVMCP/C/CC and highly reversible two-phase reaction upon Na-ion insertion/extraction are systematically revealed by in situ synchrotron XRD and GITT studies, while DFT calculations established the crucial reasons behind the enhanced electronic conduction of the NVMCP/C/CC. The superior electrochemical properties of the NVMCP/C/CC cathode at low (79 mAh g-1 after 450 cycles at 1.5 C) and high current rates (68 mAh g-1 after 3000 cycles at 30 C) demonstrate that the combination of a three-dimensional nanoarchitecture, uniform carbon-coating, and Cu-doping is favorable for improving the electrochemical properties of NVMP cathodes. Overall, the present thesis simplifies the engineering of nano/micro-architecture of layered and NASICON cathodes for SIBs via a rapid synthesis approach and enriches the understanding of the morphological and kinetics importance.
There is an attractive grace for sodium-ion batteries (SIBs) that occur in our mutual resourcefulness. It is a like-for-like replacement for lithium-ion batteries (LIBs) that delivers high voltage and high energy, because of low battery-preparation cost and vast availability of sodium resources. Sodium-ion batteries (SIBs) are among the plethora of energy storage devices (ESDs) developed by researchers in the lithium-ion battery (LIB) era of the modern electronic world. Regardless of whether SIBs can replace LIBs or not in the electric vehicle (EV) market, SIBs undoubtedly brings a much-needed balance to the world, where large-scale ESDs can be utilized to store electricity. Though, exploitation of layered oxide cathode material for SIBs has a major impact, upon repeated sodium (de)intercalation, phase transition and volume expansion of these materials have been the major limitations for the realization of SIBs as mainstream ESDs. The recent development of phase transition-free, layered copper-doped sodium manganese oxide Na2.3Cu1.1Mn2O7-δ (NCuMnO) as a cathode material has helped to overcome the major limitation of sodium layered oxide materials. The initial part of the thesis demonstrated the synthesis of Na2.3Cu1.1Mn2O7-δ nanoflakes cathode by an ultrafast pyrosynthesis process and the fabrication of NCuMnO as a cathode material SIBs. The ex situ XANES, in situ X-ray diffraction, and galvanostatic intermittent titration technique results, revealed the occurrence of a highly reversible electrochemical process at the NCuMnO cathode. With the novel material, superior rates of 127 mAh g-1 and 79.24 mAh g-1 at 0.2 C and 20 C, respectively, which were attributed to fast sodium-ion diffusion, and exceptionally high specific energy of 457.2 Wh kg-1 at a specific power of 72 Wh kg-1 were achieved. Lastly, we report, for the first time, on the preparation of a cotton-candy-like carbon-coated Cu-doped Na4VMn0.9Cu0.1(PO4)3 (NVMCP/C/CC) cathode by a facile and ultrafast modified pyro-synthesis method. The robust structure of NVMCP/C/CC and highly reversible two-phase reaction upon Na-ion insertion/extraction are systematically revealed by in situ synchrotron XRD and GITT studies, while DFT calculations established the crucial reasons behind the enhanced electronic conduction of the NVMCP/C/CC. The superior electrochemical properties of the NVMCP/C/CC cathode at low (79 mAh g-1 after 450 cycles at 1.5 C) and high current rates (68 mAh g-1 after 3000 cycles at 30 C) demonstrate that the combination of a three-dimensional nanoarchitecture, uniform carbon-coating, and Cu-doping is favorable for improving the electrochemical properties of NVMP cathodes. Overall, the present thesis simplifies the engineering of nano/micro-architecture of layered and NASICON cathodes for SIBs via a rapid synthesis approach and enriches the understanding of the morphological and kinetics importance.
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