Wpływ podstawienia kobaltu manganem na właściwości fizykochemiczne NaxCo1-yMnyO2

• Autorzy: Baster D. , Molenda J.

Warianty tytułu

EN

The effect of cobalt substitution with manganese on the physicochemical properties of NaxCo1-yMnyO2

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono opis wysokotemperaturowej syntezy nowego materiału katodowego dla ogniw Na-ion batteries, otrzymanego przez częściowe podstawienie kobaltu manganem w NaxCoO2. Zbadano strukturę krystaliczną oraz wyznaczono charakterystykę temperaturową przewodnictwa elektrycznego Na0,7Co0,7Mn0,3O2. Na bazie uzyskanego materiału przygotowano ogniwa elektrochemiczne o schemacie Na/Na+/NaxCo0,7Mn0,3O2. Dla tak skonstruowanych ogniw wyznaczono charakterystyki woltamperometryczne, pojemność właściwą materiału katodowego, odwracalność pracy ogniwa oraz stabilność podczas cyklicznego ładowania i rozładowania. Najwyższa uzyskana pojemność rozładowania ogniwa Na/Na+/NaxCo0,7Mn0,3O2 wynosiła 104 mAh•g-1 przy szybkości rozładowania C/35. Monotoniczną zmianę potencjału zarejestrowano w zakresie 2,5-3,4 V. Materiał katodowy Na0,7Co0,7Mn0,3O2 jest stabilny w kontakcie z elektrolitem (1M roztwór NaClO4 w węglanie propylenu) w zakresie temperatury od -30 °C do 150 °C.

EN

This work presents a high-temperature method of synthesis of a new cathode material for Na-ion batteries. The material was obtained by substitution of cobalt with manganese in NaxCoO2. The crystal structure and temperature dependence of electrical conductivity of Na0.7Co0.7Mn0.3O2 were investigated. The obtained powder was applied as cathode materials in Na/Na+/NaxCo0.7Mn0.3O2-type cells. Cyclic voltammetry, specific capacity of a cathode material, reversibility and stability during charge-discharge cycles measurements were carried out to characterize electrochemical properties of the cells. The highest discharge capacity of Na/Na+/NaxCo0.7Mn0.3O2 cell was about 104 mAh•g-1 with C/35 current rate. The monotonous voltage changes were recorded in the range of 2.5-3.4 V. The Na0.7Co0.7Mn0.3O2-cathode material showed stability being in contact with electrolyte (1M solution of NaClO4 in carbon propylene) in the temperature range from -30 °C to 150 °C.

Słowa kluczowe

PL

Na-ion battery; materiał katodowy; NaxCoO2; NaxCo0.7Mn0.3O2

EN

Na-ion battery; cathode material; NaxCoO2; NaxCo0.7Mn0.3O2

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 67, nr 1
• Strony: s. 4--8
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Baster D.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Energetyki Wodorowej, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Polska

autor

Molenda J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Energetyki Wodorowej, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Polska

Bibliografia

• [1] Dunn, B., Kamath, H., Tarascon, J. M.: Electrical Energy Storage for the Grid: A Battery of Choices, Science, 334, (2011), 928.
• [2] Kim, S.-W., Seo, D.-H, Ma, X., Ceder, G., Kang, K.: Electrode Materials for Rechargeable Sodium-Ion Batteries: Potential Alternatives to Current Lithium-Ion Batteries, Adv. Energy Mater., 2, (2012), 710.
• [3] Delmas, C., Fouassier, C., Hagenmuller, P.: Structural classification and properties of the layered oxides, Physica B+C, 99, (1980), 81.
• [4] Berthelot, R., Carlier, D., Delmas, C.: Electrochemical investigation of the P2-NaxCoO2, Nature Mater., 10, (2011), 74.
• [5] Molenda, J., Baster, D., Molenda, M., Świerczek, K., Tobola, J.: Anomaly in the electronic structure of the NaxCoO2-y cathode as a source of its step-like discharge curve, Phys. Chem. Chem. Phys., 16, (2014) 14845.
• [6] Molenda, J., Delmas, C., Hagenmuller, P.: Electronic and Electrochemical Properties of NaxCoO2-y, Solid State Ionics, 9 i 10, (1983), 431.
• [7] Takada, K., Sakurai, H., Takayama-Muromachi, E., Izumi, F., Dilanian, R. A., Sasaki, T.: Superconductivity in two-dimensional CoO2 layers, Nature, 422, (2003, 53.
• [8] Carlier, D., Cheng, J. H., Berthelot, R., Guignard, M., Yoncheva, M., Stoyanova, R., Hwang, B. J., Delmas, C.: The P2-Na(2/3)Co(2/3)Mn(1/3)O2 phase: structure, physical properties and electrochemical behavior as positive electrode in sodium battery, Dalton Trans., 40, (2011), 9306.
• [9] Wang, X., Tamaru, M., Okubo, M., Yamada, A.: Spin entropy as the likely source of enhanced thermopower in NaxCo2O4, J. Phys. Chem. C, 117, (2013), 15545.
• [10] Larson, A. C., Von Dreele, R. B.:, GSAS General Structure Analysis System, Los Alamos National Laboratory Report LAUR 86-748 (2004).
• [11] Toby, B. H.: EXPGUI, a graphical user interface for GSAS, J. Appl. Cryst., 34, (2001), 210.
• [12] Baster, D., Dybko, K., Szot, M., Świerczek, K., Molenda, J.: Sodium intercalation in NaxCoO2-y - Correlation between crystal structure, oxygen nonstoichiometry and electrochemical properties, Solid State Ionics, 262, (2013), 206.
• [13] Milewska, A., Swierczek, K., Tobola, J., Boudoire, F., Hu, Y., Bora, D. K., Mun, B. S., Braun, A., Molenda, J.: The nature of the nonmetal-metal transition in LixCoO2 oxide, Solid State Ionics, 263, (2014), 110.