Jenseits der Li-Ionen Batterie: Neue, effiziente Elektrodenmaterialien für Natrium-Ionen Energiespeicherung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Es besteht ein dringender Bedarf, kostengünstige und hocheffiziente Alternativen zu Lithium-Ionen-Batterien zu entwickeln. Die größte Herausforderung liegt im Mangel an leistungsstarken Elektrodenmaterialien, die kosteneffizienter als Li-Ionen-basierte Optionen sein könnten. Dieses Projekt (BLESS) konzentriert sich auf die Entwicklung, Erprobung und Optimierung neuer, stabiler und erschwinglicher Elektroden für Natrium-Ionen-Batterien (NIB). Im Rahmen des Projekts wurden neuartige Kathoden- und Anodenmaterialien mit verbesserter Leitfähigkeit und elektrochemischer Stabilität hergestellt. Die Anode besteht aus einem "One- Pot"-synthetisierten porösen Zinn-Kohlenstoff-Komposit (Sn/C/SiOC), das seine Natrium-Speicherkapazität trotz Volumenänderungen beibehält. Die Na3V2(PO4)3/Kohlenstoff-Nanokomposit-Kathode, die mithilfe eines Pickering-Emulsions-unterstützten Sol-Gel-Verfahrens hergestellt wurde, zeigt eine verbesserte elektrochemische Leistung. Die Arbeit an der Kathode wurde von der Technischen Universität Danzig (Polen) als Kooperationspartner realisiert. Die elektrischen und mikrostrukturellen Eigenschaften dieser Materialien werden mit Techniken wie elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS), Festkörper-MAS-NMR und Elektronenmikroskopie (SEM/TEM) analysiert. Darüber hinaus werden Einzelpartikelmessungen die intrinsischen Natrium-Diffusionseigenschaften bewerten. MAS-NMR wird Einblicke in die Ionenmobilität und strukturelle Veränderungen liefern, während die Elektronenmikroskopie hilft, die Kompositstruktur der Materialien zu visualisieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Towards a Greener and Scalable Synthesis of Na2Ti6O13 Nanorods and Their Application as Anodes in Batteries for Grid‐Level Energy Storage. Energy Technology, 9(1).
De Carolis, Dario M.; Vrankovic, Dragoljub; Kiefer, Samira A.; Bruder, Enrico; Dürrschnabel, Michael Thomas; Molina‐Luna, Leopoldo; Graczyk‐Zajac, Magdalena & Riedel, Ralf
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ICNaB 2022 Ulm, Germany Oral Presentation: From design to implementation of a sustainable, hybrid 2.5 MWh stationary storage system
Magdalena Graczyk-Zajac
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ICNaB 2022 Ulm, Germany. Poster: Unlocking High-rate Performance in C/Sn-Composites by employing an ultra-fast heating process. Poster Prize
Alexander Kempf, Magdalena Graczyk-Zajac, Emmanuel III Ricohermoso, Michael Dürrschnabel & Ralf Riedel
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Impact of blending with polystyrene on the microstructural and electrochemical properties of SiOC ceramic. International Journal of Applied Ceramic Technology, 20(1), 51-58.
Wilamowska‐Zawlocka, Monika & Graczyk‐Zajac, Magdalena
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Pan American Ceramics Congress and Ferroelectrics Meeting of Americas (PACC-FMAs 2022) in Panama City Oral Presentation: Silicon-Based Anode Materials for Advanced Lithium and Sodium Ion Batteries
Ralf Riedel & Magdalena Graczyk-Zajac
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Si-based polymer-derived ceramics for energy conversion and storage. Journal of Advanced Ceramics, 11(2), 197-246.
Wen, Qingbo; Qu, Fangmu; Yu, Zhaoju; Graczyk-Zajac, Magdalena; Xiong, Xiang & Riedel, Ralf
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SiCN Ceramics as Electrode Materials for Sodium/Sodium Ion Cells – Insights from 23Na In‐Situ Solid‐State NMR. Batteries & Supercaps, 5(7).
Šić, Edina; Melzi, d.'Eril Marco; Schutjajew, Konstantin; Graczyk‐Zajac, Magdalena J.; Breitzke, Hergen; Riedel, Ralf; Oschatz, Martin; Gutmann, Torsten & Buntkowsky, Gerd
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Effect of ultra-fast pyrolysis on polymer-derived SiOC aerogels and their application as anodes for Na-ion batteries. Open Ceramics, 14, 100354.
Melzi, d.’Eril Marco; Zambotti, Andrea; Graczyk-Zajac, Magdalena; Ionescu, Emanuel; Sorarù, Gian Domenico & Riedel, Ralf
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ICNaB 2023 Liyang, China Poster: Polymer-derived Sn/SiOC composites as high-capacity anode material for Sodium-ion batteries. Poster Prize
Alexander Kempf, Magdalena Graczyk-Zajac & Ralf Riedel
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ISSFIT15 2023 (International Symposium on Systems with Fast Ionic Transport) Dubrovnik, Croatia. Oral Presentation: Preparation of high-capacity C/Sn anodes for sodium ion batteries, facilitated via an ultra-fast heating process
Alexander Kempf
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Tin-functionalized silicon oxycarbide as a stable, high-capacity anode material for Na-ion batteries. Open Ceramics, 15, 100388.
Kempf, Alexander; Kiefer, Samira; Graczyk-Zajac, Magdalena; Ionescu, Emanuel & Riedel, Ralf
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5th International Symposium on New Frontier of Advanced Si-Based Ceramics and Composites (ISASC 2024) in Jeju, Corea Oral Presentation: Polymer-derived ceramics as efficient electrode material for Na-based batteries
Ralf Riedel, Magdalena Graczyk-Zajac, Dario De Carolis, Marco Melzi d'Eril & Alexander Kempf
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Anode Materials for Sodium-Ion Battery. Advanced Technologies for Rechargeable Batteries, 143-162. CRC Press.
Graczyk-Zajac, Magdalena; Kempf, Alexander; Wilamowska-Zawłocka, Monika & Graczyk-Zajac, Magdalena
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Cathodes for Sodium-Ion Batteries. Advanced Technologies for Rechargeable Batteries, 110-142. CRC Press.
Wilamowska-Zawłocka, Monika; Cymann-Sachajdak, Anita; Zarach, Zuzanna & Graczyk-Zajac, Magdalena
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Unraveling Na‐Ion Insertion Mechanisms in Polymer‐Derived SiCN(O) Ceramic via Operando Raman Spectroscopy. Batteries & Supercaps, 7(5).
Melzi, d.'Eril Marco; Kempf, Alexander; De Carolis, Dario M.; Graczyk‐Zajac, Magdalena Joanna; Mera, Gabriela & Riedel, Ralf
