Sodium ion storage in metal oxide electrodes for rechargeable sodium ion batteries

Titel in Übersetzung: Natrium Ionen Speicherung in Metalloxidelektroden für wiederaufladbare Natrium Ionen Batterien

Lukas Martin Alexander Szabados

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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Abstract

Die Speicherung von Energie wird in Zukunft, hinsichtlich der wachsenden E-Mobilität und des steigenden Anteils von alternativer Energie aus Photovoltaik und Wind, immer mehr an Bedeutung gewinnen. Die Technologie der Lithium-Ionen-Batterien (LIB) wird diesen steigenden Bedarf an Energiespeichern auf Grund von begrenzten Ressourcen langfristig nicht vollständig decken können. Andere Technologien, wie Natrium-Ionen-Batterien (SIB) können dazu beitragen, die Diversifikation zu erhöhen und LIB in gewissen Bereichen, zum Beispiel auf dem Gebiet der stationären Speicher, zu ersetzten. In dieser Arbeit werden drei verschiedene Elektrodenmaterialien auf ihre Eignung für den Einsatz in SIB getestet. Titan(IV)-oxid, in der Anatas Phase und im amorphen Zustand, sowie Molybdän(IV)-oxid. Zu Beginn findet die Synthese und die dazugehörige Materialcharakterisierung statt. Die Titan(IV)-oxid Elektroden werden mittels elektrochemischer Oxidation und zusätzlich für die Anatas Phase mittels anschließender, thermischer Phasenumwandlung im Röhrenofen hergestellt. Die Molybdän(IV)-oxid Elektroden werden durch Bedampfen mittels des Physical-vapour-deposition Verfahrens (PVD) hergestellt. Die anschließende Charakterisierung mittels Raman und Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) stellt die Phasenreinheit der Proben sicher. Die darauffolgende elektrochemische Charakterisierung in einer Batterie-Halbzelle umfasst potentialabhängige Impedanzspektroskopie, Cyclovoltammetrie (CV) und galvanostatisches Zyklieren mit Potentiallimitierung (GCPL). Abschließend werden die zyklierten Elektroden durch eine “Post mortem“ Analyse mittels XPS und Rasterelektronenmikroskop (SEM) untersucht. Dadurch werden Informationen über die Zusammensetzung und Morphologie der bei der elektrochemischen Charakterisierung entstehenden Oberflächenfilme gewonnen. Diese Oberflächenfilme sind ein wichtiger Bestandteil im Verständnis eines beobachteten „Self-Improving“-Effektes in Na haltigen Batterieelektrolyten. Dieser „Self-Improving“-Effekt steigert die spezifische Speicherkapazität der untersuchten Elektroden bei GCPL Langzeitmessungen deutlich und ist dadurch, für verschiedene Metalloxid Elektroden, von allgemeinem Interesse.
Titel in ÜbersetzungNatrium Ionen Speicherung in Metalloxidelektroden für wiederaufladbare Natrium Ionen Batterien
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Portenkirchner, Engelbert, Mitbetreuer (extern), Externe Person
  • Bucher, Edith, Betreuer (intern)
  • Kunze-Liebhäuser, Julia, Betreuer (extern), Externe Person
Datum der Bewilligung23 Okt. 2020
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2020

Bibliographische Notiz

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Schlagwörter

  • Natrium-Ionen-Batterien
  • Titan(IV)-oxid
  • Molybdän(IV)-oxid
  • Oberflächenfilm
  • "Self-Improving"-Effekt

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