Till innehåll på sidan

Lignin- and PAN-based carbon fibres as negative electrodes for alkali-ion batteries

Tid: On 2023-06-14 kl 10.00

Plats: D2, Lindstedtsvägen 5, Stockholm

Videolänk: https://kth-se.zoom.us/webinar/register/WN_FhNnQgzIScSM0KgwpNOPLg

Språk: Engelska

Ämnesområde: Kemiteknik

Respondent: Kevin Peuvot , Tillämpad elektrokemi, KTH

Opponent: Professor Enn Lust, University of Tartu, Estland, institute of chemistry

Handledare: Professor Göran Lindbergh, Tillämpad elektrokemi; Professor Dan Zenkert, Farkostteknik och Solidmekanik

Exportera till kalender

QC 2023-05-23

Abstract

Utvecklingen av natriumjonbatterier (SIBs) och kaliumjonbatterier (KIBs) har tagit fart sedan deras gravimetriska energidensiteter blivit jämförbara med litiumjonbatterier, men med en lägre miljöpåverkan. Hårt kol (HC) är det vanligaste negativa elektrodmaterialet för SIBs och KIBs och kan tillverkas av biobaserade material som t.ex. lignin. Kolfibrer kan sen tillverkas från lignin som då blir fristående elektroder med en ännu lägre miljöpåverkan. Strukturella batterier är ett koncept som samtidigt kan bära mekanisk belastning och lagra energi för att minska den totala vikten av t.ex. fordon. Kolfibrer baserade på polyakrylnitril (PAN)är den bästa kandidaten för negativ elektrod för strukturella batterier eftersom de har utmärka mekaniska egenskaper och kan användas som negativ elektrod för litiumjonbatterier. En strukturell modell och inlagringsmodell saknas dock fortfarande; båda två behövs för att förstå dynamiken av hur PANbaserade kolfibrer fungerar som negativa elektroder. Denna avhandling fokuserar på användningen av ligninbaserade kolfibrer och PAN-baserade kolfibrer som negativa elektroder. Ligninbaserade kolfibrer utvärderas först som negativa elektroder för SIBs och KIBs med en kombination av elektrokemiska och materialvetenskapliga metoder. Ligninbaserade kolfibrer har en hög specifik kapacitet och hög första coulombiska verkningsgrad för SIBs. Kaliumjoners diffusionskoefficient i ligninbaserade kolfibrer bestäms med en numerisk modell. En analys av den öppna kretsspänningen och entropiändringen av kaliumjonbatterier med ligninbaserade kolfibrer tyder på att ligninbaserade kolfibrers mikrostruktur innehåller minst två olika områden som kan förklara varför den numeriska modellen inte helt kan förklara experimentella data. PAN-baserade kolfibrer analyseras som negativa elektroder för LIBs och SIBs. För SIBs analyseras den axialla expansionen genom laddning och urladdning, vilket visar en stegvis expansion mellan sluttningsregionen och platåregionen. För LIBs används en kombination av ex situ Li-NMR och ex situ vidvinkel röntgenspridning (WAXS) för att studera inlagringsmekanismen av litiumjoner och mikro- och mesostrukturen av PAN-baserade kolfibrer. En strukturell modell och inlagringsmekanismen av litiumjoner formuleras från våra experimentella resultat som indikerar tre olika domäner: en oordnad domän i kolstrukturen, en ordnad domän i kolstrukturen och slutligen en porfyllningsmekanism.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-327215