Исследование электрохимических свойств анода Na- ионного аккумулятора на основе нанотрубчатого анодного TiO2

Дарья Алексеевна Дронова,Алексей Алексеевич Дронов

ПРЕПРИНТ

Эта статья является препринтом и не была отрецензирована.
О результатах, изложенных в препринтах, не следует сообщать в СМИ как о проверенной информации.

Исследование электрохимических свойств анода Na- ионного аккумулятора на основе нанотрубчатого анодного TiO2

Д. А. Дронова,

А. А. Дронов

2023-01-25

https://doi.org/10.24108/preprints-3112655

данной статье показана актуальность применения нанотрубчатого анодного оксида титана (НТАОТ) в качестве анодного электрода для натрий – ионных аккумуляторов. По результатам исследований установлено, что внутренний, мезопористый слой нанотрубок препятствует внедрению и экстракции ионов натрия в структуру НТАОТ. Предложен метод модификации нанотрубчатого анодного оксида титана, с удалением внутреннего слоя нанотрубок с помощью вытравливания в смеси серной кислоты и перекиси водорода. Исследования с помощью циклической вольтамперометрии показали, что после удаления внутреннего слоя нанотрубок, появляются анодные и катодные пики, отвечающие за экстракцию и внедрение ионов натрия, соответственно. Установленное отсутствие встраивания ионов натрия в кристаллическую решетку образца НТАОТ после вытравливания внутреннего слоя указывает на обратимость процесса внедрения ионов. Нанотрубчатый анодный оксид титана демонстрирует большой потенциал для дальнейших исследований в качестве анодного электрода в ионных аккумуляторах и микробатареях, благодаря электрохимическим характеристикам и возможности различной модификации нанотрубчатого массива оксида титана.

Ссылка для цитирования:

Дронова Д. А., Дронов А. А. 2023. Исследование электрохимических свойств анода Na- ионного аккумулятора на основе нанотрубчатого анодного TiO2. PREPRINTS.RU. https://doi.org/10.24108/preprints-3112655

Список литературы

1. Grey C., Tarascon J. Sustainability and in situ monitoring in battery development // Nature Mater. – 2017. – Vol. 16– P. 45-56. doi: https://doi.org/10.1038/nmat4777

2. Xiang X., Zhang K., Chen J. Recent Advances and Prospects of Cathode Materials for Sodium-Ion Batteries // Adv. Materials. – 2015. – Vol. 27– P. 5343. doi: https://doi.org/10.1002/adma.201501527

3. Hwang J.-Y, Myung S.-T., Sun Y.-K. Sodium-ion batteries: present and future // Chem. Soc. Rev. – 2017. – Vol. 46– P. 3529. doi: https://doi.org/10.1039/C6CS00776G

4. Chen J., Cheng F. Combination of Lightweight Elements and Nanostructured Materials for Batteries // Acc. Chem. Res. – 2009. – Vol. 42– P. 713–723. doi: https://doi.org/10.1021/ar800229g

5. Shen J., Li X., Shi X. The toxicity of lithium to human cardiomyocytes // Environ Sci Eur. – 2020. – Vol. 32– P. 59. doi: https://doi.org/10.1186/s12302-020-00333-6

6. Peng Y., Yang L., Ju X. A comprehensive investigation on the thermal and toxic hazards of large format lithium-ion batteries with LiFePO4 cathode // Journal of Hazardous Materials. – 2020. – Vol. 318– P. 120916. doi: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.120916

7. Chen Y., Liu N., Jie Y., Toxicity Identification and Evolution Mechanism of Thermolysis-Driven Gas Emissions from Cathodes of Spent Lithium-Ion Batteries // ACS Sustainable Chem. Eng. – 2019. – Vol. 7 – № 22 – P. 18228–18235. doi: https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.9b03739

8. Liua T., Zhangb Y., Jiang Z. Exploring competitive features of stationary sodium ion batteries for electrochemical energy storage // Energy Environ. Sci. – 2019. – Vol. 12 – P. 1512-1533. doi: https://doi.org/10.1039/C8EE03727B

9. Chen M., Chen L., Hu Z., Liu Q. Carbon-Coated Na3.32Fe2.34(P2O7)2 Cathode Material for High-Rate and Long-Life Sodium-Ion Batteries // Adv. Mater. – 2017. – Vol. 29 – P. 1605535. doi: https://doi.org/10.1002/adma.201605535

10. Nie S., Liu L., Liu J., Xia J. TiO2-Sn/C composite nanofibers with high-capacity and long-cycle life as anode materials for sodium ion batteries // Journal of Alloys and Compounds. – 2019. – Vol. 772 – P. 314–323. doi: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.09.044

11. Babu B., Shaijumon M. Understanding How Degree of Crystallinity Affects Electrochemical Kinetics of Sodium-Ion in Brown TiO2 Nanotubes // Chem. ElectroChem. – 2021. – Vol. 8 – P. 1–7. doi: https://doi.org/10.1002/celc.202100047

12. Babu B., Ullattil S., Prasannachandran R. Ti3+ induced Brown TiO2 Nanotubes for High Performance Sodium Ion Hybrid Capacitors // ACS Sustainable Chem. Eng. – 2018. – Vol. 6 – № 4 – P. 5401–5412. doi: https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.8b00236

13. Galstyan V., Macak J., Djenizian T. Anodic TiO2 nanotubes: A promising material for energy conversion and storage // Applied Materials Today. – 2022. – Vol. 29 –P. 101613. doi: https://doi.org/10.1016/j.apmt.2022.101613

14. Dronov A., Gavrilin I., Kirilenko E., Dronova D. Investigation of anodic TiO2 nanotube composition with high spatial resolution AES and ToF SIMS // Applied Surface Science – 2018. – Vol. 434 –P. 148-154. doi:https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.10.132

15. Gavrilin I., Dronov A., Volkov R., Savchuk T., Dronova D. Differences in the local structure and composition of anodic TiO2 nanotubes annealed in vacuum and air // Applied Surface – 2020. – Vol. 516 –P. 146120. doi: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.146120

16. Ghosh S., Kumar V., Kumar K. An insight of sodium-ion storage, diffusivity into TiO2 nanoparticles and practical realization to sodium-ion full cell // Electrochimica Acta. – 2019. – Vol. 316 –P. 69-78. doi: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.05.109

ПРЕПРИНТ

ИНФОРМАЦИЯ