Electrode Balancing Study of Sodium-Ion Batteries with Lignin-Derived Hard Carbon and Sodium Layered Oxide

Sammanfattning

Natriumjonbatterier ses som ett lovande alternativ till litiumjonbatterier, men behöver förbättras för att nå tillräckligt hög energitäthet och lång livslängd. En viktig faktor är förhållandet mellan anodens och katodens kapacitet (N/P-förhållandet), vilket kan användas för att minska risken för natriumplätering. Ett annat sätt att skydda anoden är att styra anodens potential direkt i stället för att utgå från cellspänningen. I denna studie undersöks hur N/P-förhållandet i kombination med anodpotentialstyrning påverkar batteriets prestanda genom att undersöka fem olika N/P-förhållanden: 0.83, 1.00, 1.05, 1.10 och 1.20. Resultaten visar att ett högre N/P-förhållande ger en högre energitäthet genom ett ökat nyttjande av katoden, men att detta sker på bekostnad av livslängden, särskilt vid snabb laddning och urladdning. Att styra anodpotentialen visade sig generellt resultera i en lägre bibehållen kapacitet än styrningen av cellspänningen. Dessa resultat visar på vikten att välja bra potentialgränser för att öka livslängden utan bekostnad av energidensiteten. För att undersöka materialens egenskaper på ett tillförlitligt sätt jämfördes två olika experimentella metoder. Traditionella mätningar med natriummetall visade sig ge missvisande resultat på grund av oönskade sidoreaktioner. I stället gav en alternativ metod, med mätningar i en pseudo-halvcell, mer pålitliga resultat. Sammanfattningsvis visar arbetet att det finns en tydlig avvägning mellan hög energitäthet och lång livslängd i natriumjonbatterier vid styrning av anodpotentialen. För att optimera prestandan krävs därför en noggrann balans av N/P-förhållande och de potentialgränser som appliceras. Studien belyser också vikten av att välja lämpliga testmetoder vid halvcellstester för att få rättvisande resultat.