Przejdź do głównej treści

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Centrum SOLARIS

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Lista publikacji naukowych

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Stan walencyjny wanadu - kluczowy czynnik elastyczności struktury wanadanów potasu jako materiałów katodowych w bateriach Li-ion

Stan walencyjny wanadu - kluczowy czynnik elastyczności struktury wanadanów potasu jako materiałów katodowych w bateriach Li-ion

Nanopasy heksawanadanu potasu (K2V6O16-nH2O) zostały zsyntetyzowane metodą LPE-IonEx, która jest dedykowana do syntezy brązów tlenków metali przejściowych o kontrolowanej morfologii i strukturze. Oceniono wydajność elektrochemiczną K2V6O16-nH2O jako materiału katodowego dla baterii litowo-jonowych. Nanopasy KVO wykazały wysoką pojemność rozładowania 260 mAh g-1, oraz długotrwałą stabilność cykliczną do 100 cykli przy 1 A g-1. W pracy omówiono również wpływ stanu walencyjnego wanadu oraz nietypową budowę nanopasów, złożonych z domen krystalicznych i amorficznych ułożonych naprzemiennie. Pomiary ex-situ wyładowanych materiałów elektrodowych metodami XRD, MP-AES, XAS i XPS wskazują, że podczas kolejnego cyklu ładowania/rozładowania potas w strukturze K2V6O16-nH2O jest zastępowany przez lit. Stabilność strukturalna heksawandanu potasu podczas cyklu zależy od początkowego stanu walencyjnego wanadu na powierzchni próbki oraz obecności domen amorficznych w nanopasach K2V6O16-nH2O.

Wydajność elektrochemiczna, jak również elastyczność strukturalna K2V6O16-nH2O, silnie zależy od stanu walencyjnego wanadu. Ładunek na uwodnionym wanadanie potasu jest przechowywany poprzez reakcję redoks głównie na powierzchni. Tak więc, poprzez obecność V4+ na powierzchni, transfer elektronów jest ułatwiony i przez  co osiąga się wyższą pojemność. Co więcej, większa koncetracja V4+ na powierzchni prowadzi do szybszych zmian strukturalnych podczas kolejnych cykli ładowania/rozładowania.  Charakterystyka ex-situ za pomocą XRD i MP-AES pokazuje, że podczas kolejnych cykli ładowania/rozładowania, jony potasu w strukturze K2V6O16-nH2O są zastępowane przez lit. Jednakże wyższe początkowa koncetracja V4+ na powierzchni prowadzi do stopniowego zwiększania ilości wakansów podczas cyklu, zarówno na powierzchni jak i w objętości, co potwierdzają analizy ex-situ XPS i XANES. Dlatego też uszkodzenia strukturalne zachodzą powoli. Nietypowa budowa nanopasów, składających się z domen krystalicznych i amorficznych ułożonych naprzemiennie, prawdopodobnie zapobiega również zapadaniu się struktury krystalicznej podczas tej wymiany.

widma XANES

Widmo XANES dla krawędzi absorpcji K dla  próbek KVO-20 (po lewej) i KVO-40 (po prawej), odpowiednio. Wstawki pokazują zależność pomiędzy stanem utlenienia wanadu a położeniem krawędzi. 

Pełna publikacja dostępna pod linkiem:

Przesniak-Welenc M, Nadolska M, Jurak K, et al. The valance state of vanadium-key factor in the flexibility of potassium vanadates structure as cathode materials in Li-ion batteries. Sci Rep. 2022;12(1).

 

Napisała: Marta Prześniak-Welenc

Polecamy również
Wpływ implantacji jonów Ne<sup>+</sup> 250 keV na parametry krytyczne kompozytowych taśm 2G HTS

Wpływ implantacji jonów Ne+ 250 keV na parametry krytyczne kompozytowych taśm 2G HTS

Szczególna rola magnetycznych jonów Ni w strukturze elektronowej

Szczególna rola magnetycznych jonów Ni w strukturze elektronowej

Hercynit (FeAl<sub>2</sub>2O<sub>4</sub>) - tajemniczy spinel ogniotrwały poznany !

Hercynit (FeAl22O4) - tajemniczy spinel ogniotrwały poznany !

Nowa metoda poprawy jakości danych przez usuwanie szumu

Nowa metoda poprawy jakości danych przez usuwanie szumu