Browsing by Subject "anoda"

Now showing 1 - 8 of 8

Access status: Restricted ,
Badanie właściwości fizykochemicznych MoO3 - materiałów anodowych dla ogniw typu Na-ion
(Data obrony: 2019-07-18) Filek, Wojciech
Wydział Energetyki i Paliw
Access status: Open Access ,
High-entropy oxides as candidate anode materials for Li-ion cells
(Data obrony: 2024-09-20) Moździerz, Maciej
Wydział Energetyki i Paliw
Niniejsza rozprawa doktorska dotyczy badań tlenków wysokoentropowych (ang. high-entropy oxides, HEOs) jako potencjalnych materiałów anodowych dla ogniw litowo-jonowych (Li-ion). W sekcji Wprowadzenie (Introduction) omówiono motywację stojącą za szybkim rozwojem akumulatorów Li-ion (ang. Li-ion batteries, LIBs). Jest on w dużej mierze napędzany przez trwającą obecnie transformację energetyczną. Przegląd rynku i łańcucha dostaw bez wątpienia pokazuje, że w przyszłości LIBs pozostaną dominującą technologią magazynowania energii w akumulatorach. Co więcej, przewiduje się, że LIBs będą wykazywać ogromny wzrost popytu podyktowany wejściem na nowe rynki, takie jak pojazdów elektrycznych i magazynowania energii elektrycznej. Aby sprostać wynikającym z tego wygórowanym wymaganiom, należy jak najszybciej opracować ulepszone baterie o wydłużonej żywotności, zwiększonym bezpieczeństwie i wyższej gęstości energii i/lub mocy. Obiecującym sposobem na osiągnięcie tych celów jest wdrożenie nowych materiałów. Biorąc pod uwagę stronę anodową, konieczne jest zastąpienie komercyjnej anody grafitowej (bazującą na reakcji interkalacji), która obecnie używana jest na granicy swoich teoretycznych możliwości. Szeroko badane kierunki obejmują materiały aktywne działające w oparciu o inne mechanizmy reakcji z Li, takie jak tworzenie faz międzymetalicznych, konwersja lub połączenie ich obu. Wśród nowych opcji w tym zakresie, niedawno odkryta grupa HEOs wykazuje doskonałe właściwości elektrochemiczne w ogniwach Li-ion, szczególnie pod względem długoterminowej stabilności podczas cykli ładowania/rozładowania. Jednakże, przyczyny tego zachowania nie zostały jeszcze odpowiednio zbadane i określone. Poprawa stabilności obserwowana dla HEOs jest często przypisywana niejasnym "efektom stabilizacji entropowej". Można zidentyfikować szereg nierozwiązanych problemów dotyczących właściwości transportu Li i mechanizmów magazynowania Li w HEO, które muszą zostać rozwiązane, aby ocenić prawdziwy potencjał tej grupy jako przyszłe materiały anodowe. Niniejsza rozprawa doktorska przedstawia wyniki prac autora mające na celu rozwiązanie niektórych z tych problemów. Sekcja Wyniki (Results) stanowi podsumowanie trzech opublikowanych artykułów. Wyniki zostały wspólnie zinterpretowane w sekcji Dyskusja (Discussion), wraz z nowymi, jeszcze niepublikowanymi danymi. Wszystkie wyniki zostały podsumowane w sekcji Wnioski (Conclusions), wraz z przedstawieniem pozostałych wyzwań i możliwości przyszłego rozwoju. Na początku, seria HEOs domieszkowanych Li (Co0.2Cu0.2Mg0.2Ni0.2Zn0.2)i-xLixO (x = 0-0.3) o strukturze typu NaCl została dokładnie zbadana pod kątem charakteru ich właściwości transportowych, kluczowych z punktu widzenia zastosowania w LIBs. Zgodnie z wcześniejszymi doniesieniami, (Co0.2Cu0.2Mg0.2Ni0.2Zn0.2)1xLixO zostały sklasyfi-kowane jako przewodniki superjonowe, obiecujące z punktu widzenia zastosowania jako elektrolity stałe w ogniwach. W niniejszej rozprawie doktorskiej wykazano jednak, że przewodnictwo w tej serii materiałów jest bardziej złożone, ze względu na pojawienie się bardzo wysokiej składowej przewodnictwa elektronowego, wraz z wysokim przewodnictwem Li. Bazując na zaobserwowanym bardzo wysokim mieszanym przewodnictwie jonowo- elektronowym, pokazano, że związki te mogą działać jako materiały anodowe, oparte na reakcji konwersji. Dążąc do dalszej poprawy właściwości elektrochemicznych, zaproponowano przejście od bazujących na czystej reakcji konwersji HEOs o strukturze typu NaCl do HEOs o strukturze spinelu, łączących w sobie reakcję konwersji i tworzenia faz międzymetalicznych (ang. conversion¬alloying anode materials, CAMs). Nowy HEO, Sn0.8Co0.44Mg0.44Mn0.44Ni0.44Zn0.44O4 (SnO.8-ME5), został z powodzeniem zsyntetyzowany za pomocą metody reakcji w fazie stałej. Testy elektrochemiczne wykazały doskonałą stabilność podczas cyklowania, ze znaczną poprawą w porównaniu do wcześniej badanych HEOs, (Co0.2Cu0.2Mg0.2Ni0.2Zn0.2)1-xLixO. Aby zapewnić niezbędny punkt odniesienia, otrzymano również konwencjonalny CAM (niskoentropowy), Zn2SnO4, i przetestowano go w analogiczny sposób. Zaobserwowana stabilność podczas cyklowania była wyraźnie gorsza niż w przypadku tlenku SnO.8-ME5. Wynika stąd, że Sn0.8- ME5 jest pierwszym udokumentowanym przykładem CAM uzyskanego za pomocą reakcji w fazie stałej (posiadającego mikrometryczne cząstki), wykazującego tak dobrą stabilność pracy w ogniwie. Aby znaleźć przyczyny stojące za tym zachowaniem, zarówno nisko- jak i wysokoentropowe CAMs zostały dokładnie zbadane pod kątem mechanizmów magazynowania Li. Ustalono, że spadek pojemności podczas cyklowania dla Zn2SnO4 wynika z agregacji nanokrystalicznych cząstek, dużych zmian objętości (zwłaszcza podczas tworzenia wysoce zalitowanych faz międzymetalicznych) oraz wysokiej polaryzacji związanej z krystalizacją niepożądanych faz. Z drugiej strony, w przypadku SnO.8-ME5 wykryto, że w tym wypadku po pierwszym zalitowaniu powstaje jednorodna wieloskładnikowa matryca amorficzna. Co więcej, pozostaje ona stabilna w stanie amorficznym podczas kolejnych cykli, ponieważ odmieszanie nieuporządkowanej matrycy jest energetycznie niekorzystne oraz nie posiada ona granic międzyziarnowych, które umożliwiłyby łatwą krystalizację. Li jest magazynowany przez odwracalne litowanie tej matrycy poprzez reakcje typu konwersji (zmiana stopnia utlenienia kationów) i podobną do tworzenia faz międzymetalicznych (w tym wypadku poprzez wymianę elektronów w całej matrycy). W związku z tym, doskonała stabilność Sn0.8- ME5 została przypisana brakowi tworzenia się faz krystalicznych, odpowiedzialnych za wszystkie niekorzystne zjawiska stwierdzone dla Zn2SnO4. Zmiana mechanizmu pracy dla HEO została przypisana obecności wielu jednorodnie rozmieszczonych różnorodnych kationów w wyjściowej strukturze. W oparciu o przedstawione wyniki zaproponowano nowe wytyczne dotyczące projektowania efektywnie działających anod wieloskładnikowych. Stwierdzono, że do osiągnięcia dobrej stabilności pracy konieczne jest wywołanie amorfizacji podczas pracy w ogniwie, co wytworzy jednorodną i stabilną matrycę. Jednocześnie należy skupić się na zwiększeniu zawartości pierwiastków o pożądanych parametrach elektrochemicznych, zamiast dążyć do równomolowego składu i maksymalizacji entropii konfiguracyjnej, jak proponowano wcześniej w literaturze. Aby zweryfikować te wytyczne, otrzymano i scharakteryzowano nowy wieloskładni-kowy CAM Zn1.6Co0.1Mg0.1Mn0.1Ni0.1Sn04 o strukturze spinelu. Materiał ten pracuje bardzo dobrze w ogniwach Li-ion, przewyższając zarówno niskoentropowy Zn2SnO4, jak i wysokoentropowy SnO.8-ME5. Praktyczną implikacją płynącą z tej pracy jest dostarczenie wytycznych dla rozwoju nowej gałęzi wieloskładnikowych CAMs, możliwych do otrzymania za pomocą prostej i taniej metody syntezy, z realną perspektywą ich praktycznego zastosowania.
Access status: Open Access ,
Materiały anodowe na bazie antymonu, krzemu oraz ich kompozytów dla ogniw sodowo-jonowych
(Data obrony: 2025-02-21) Płotek, Justyna Maria
Wydział Energetyki i Paliw
Rozprawa dotyczy badań materiałów na bazie antymonu oraz materiałów na bazie krzemu jako materiałów anodowych dla ogniw sodowych. Przeprowadzono szereg badań mających na celu określenie i powiązanie właściwości strukturalnych, mikrostrukturalnych oraz elektrochemicznych analizowanych materiałów. Dzięki połączeniu wielu technik pomiarowych, zmierzonych w trybach ex-situ oraz operando, określono zarówno zmiany w strukturze, jak i mikrostrukturze materiałów jednofazowych i kompozytowych w trakcie sodowania i desodowania. W efekcie wykonanych prac badawczych opracowano metodę otrzymywania materiału kompozytowego zawierającego antymon, tlenochlorek antymonu oraz czerń acetylenową. Kompozyt ten charakteryzuje się stabilniejszą pracą w ogniwach z metalicznym sodem w porównaniu do materiałów jednofazowych. W przypadku materiałów na bazie krzemu przeanalizowano rolę modyfikacji struktury i mikrostruktury na właściwości elektrochemiczne oraz zaobserwowano pozytywny wpływ amorfizacji struktury na pracę w ogniwach. Otrzymano również materiał kompozytowy na bazie antymonu i krzemu charakteryzujący się mniejszymi zmianami grubości elektrod oraz ograniczonym rozrostem cząstek podczas pracy w ogniwie w porównaniu do jednofazowego materiału na bazie antymonu. Uzyskane wyniki pozwalają lepiej zrozumieć mechanizm pracy materiałów kompozytowych w ogniwach sodowych oraz pokazują, że kompozyty posiadają wiele zalet w porównaniu do materiałów jednofazowych.
Access status: Restricted ,
Opracowanie procedury wytwarzania dwuwymiarowych materiałów anodowych dla ogniw typu Na-ion
(Data obrony: 2019-12-13) Mucha, Katarzyna
Wydział Energetyki i Paliw
Access status: Restricted ,
Otrzymywanie i właściwości fizykochemiczne kompozytu Ni/SrTiO3/ZrO2
(Data obrony: 2018-07-13) Polak, Joanna
Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki
Access status: Restricted ,
Projekt systemu ochrony katodowej gazociągu wysokiego ciśnienia
(Data obrony: 2020-10-26) Jędruchów, Krystian
Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu
Access status: Restricted ,
Reaktywność chemiczna kompozytowego elektrolitu stałego 3Y-TZP/Al2O3 z materiałem katodowym i anodowym w kontekście możliwości ich wykorzystania do ogniw paliwowych IT-SOFC
(Data obrony: 2017-09-15) Andrzejczyk, Aleksandra Izabela
Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska
Jednym z podstawowych wymogów stawianych materiałom na stałotlenkowe elektrolity do średniotemperaturowych ogniw paliwowych IT-SOFC (ang. Intermediate-Temperature Solid Oxide Fuel Cells) jest ich kompatybilność chemiczna do elektrod w temperaturach zarówno eksploatacji, jak i wytwarzania ogniw. W celu sprawdzenia, czy badany w pracy kompozytowy elektrolit o osnowie z częściowo stabilizowanego ditlenku cyrkonu i z wtrąceniami tlenku glinu w ilości 0,5 i 1% mol. (3Y-TZP/Al2O3) może zostać zastosowany w celu zapewnienia odpowiedniej sprawności ogniw IT-SOFC przez długi okres eksploatacji, przeprowadzono analizę jego stabilności chemicznej w stosunku do materiału katody La0,6Sr0,4Co0,2Fe0,8O3 (LSCF48) oraz w stosunku do NiO stanowiącego główny składnik materiału anody. Po wygrzewaniu mieszaniny elektrolitu i katody w proporcji wagowej 1:1 w 1273 K przez 5 i 100 godz., stwierdzono obecność nowych faz, które mogą wpływać na pogorszenie właściwości elektrochemicznych złącza elektrolit/katoda. W warunkach przewidywanej pracy ogniwa, tj. w 1073 K elektrolit wykazuje wysoką stabilność chemiczną w kontakcie z materiałem zarówno katody jak i anody, wynikającą z ograniczonej wzajemnej dyfuzji kationów w układach: 3Y-TZP/Al2O3-LSCF48 i 3Y-TZP/Al2O3-NiO.
Access status: Restricted ,
Wpływ własności fizyko-chemicznych Al2O3, SILVERBOND, BaSO4,Ca(PO4)2 na proces odlewania anod w HM GŁOGÓW.
(Data obrony: 2021-05-14) Baranowski, Jarosław Michał
Wydział Odlewnictwa