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Enregistrement W4391662883 · doi:10.1149/ma2023-023478mtgabs

Approaches to Control Air Stability, Capacity Retention, Gas Generation, and Impedance Growth of Layered Oxide Positive Electrode Materials for Sodium-Ion Batteries

2023· article· en· W4391662883 sur OpenAlexaff
Libin Zhang, Hussein Hijazi, Ziwei Ye, Ethan D. Alter, Jay Deshmukh, J. R. Dahn, Michael Metzger

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueAdvancements in Battery Materials
Établissements canadiensDalhousie University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésElectrodeMaterials scienceElectrical impedanceOxideIonChemical engineeringSodiumChemistryElectrical engineeringMetallurgyEngineeringOrganic chemistry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Sodium-ion batteries made of earth-abundant elements could potentially become affordable, scalable, and sustainable energy storage solutions. Among different sodium-ion positive electrode chemistries, layered transition metal oxides are of special interest due to their promising energy densities. Specific energy densities close to LiFePO4-based lithium-ion batteries have been demonstrated. [1] Promising capacity retention has been demonstrated as well, with >4,000 cycles to 80% at 30°C. [1] However, the poor air-stability of layered sodium-ion positive electrode materials poses challenges in materials storage and processing in both laboratory and industry scales. Moreover, sodium layered oxides can go through complex phase transitions during electrochemical sodium intercalation, which can result in poor capacity retention unless mitigated by effective materials design. Other challenges are gas generation, impedance growth and sodium plating during cycling, which must all be addressed to make viable layered oxide-based sodium-ion batteries for large-scale storage of renewable energy from wind and solar. In this contribution, we first explore compositional modification as an approach to mitigate structural degradation in sodium layered oxides during air exposure and sodium intercalation. A combination of substituent elements is utilized to dramatically improve air stability as evidenced by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) experiments. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) are employed to understand the underlying mechanism that leads to improved air stability. Furthermore, coin cell results suggest that compositional modification enhances the capacity retention without sacrificing reversible capacity. [2] Secondly, we explore the performance of layered oxide positive electrodes in machine-made 250 mAh pouch cells with hard carbon negative electrodes. The capacity retention and impedance growth are studied in 40°C cycling tests with various electrolyte additives. High cycling stability with >99% capacity retention after 200 cycles can be attained with simple electrolyte additives. However, specialized additives need to be selected to suppress gas generation and impedance growth. Symmetric cell impedance spectroscopy is used to reveal whether impedance growth stems from the positive or negative electrode. [3] Gas generation is assessed by in-situ volume measurements using the Archimedes principle. [4] Interestingly, sodium-ion cells show distinct differences to lithium-ion batteries in terms of their gas generation during the formation cycle. Moreover, sodium plating can have a surprising effect on the gas generation during charge/discharge cycling. Using ultra-high precision coulometry, the critical conditions for sodium plating and its effect on cell performance are determined. In-situ volume measurements reveal a surprising mechanism that explains the interesting relationship between gas generation and cell voltage in sodium-ion batteries. [5] References [1] J. Barker, 242nd ECS Meeting, Atlanta (2022). [2] L. Zhang et al., manuscript in preparation. [3] H. Hijazi, Z. Ye, et al., manuscript in preparation. [4] C. Aiken et al., J. Electrochem. Soc. 161, A1548–A1554 (2014). [5] E. Alter et al., manuscript in preparation. Figure 1. Discharge capacity (a), discharge capacity normalized to cycle 5 (b), and voltage polarization vs cycle number (c) for Na-ion pouch cells cycling at C/5 and 40°C with various electrolyte additives in 1M NaPF6 EC:DEC (1:1 w/w). Figure 1

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,000
Score d'incertitude au seuil0,002

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,053
Tête enseignante GPT0,235
Écart entre enseignants0,182 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2023
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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