Publication detail

Fast-Charging Capability of Thin-Film Prussian Blue Analogue Electrodes for Aqueous Sodium-Ion Batteries

Year: 2023

Type of publication: článek v odborném periodiku

Name of source: ACS Applied Materials & Interfaces

Publisher name: American Chemical Society

Place: Washington

Page from-to: 23951-23962

Titles:

Language	Name	Abstract	Keywords
cze	Schopnost rychlého nabíjení tenkovrstvých analogových elektrod pruské modři pro vodné sodno-iontové baterie	Analogy pruské modři jsou považovány za slibné kandidáty pro vodné sodno-iontové baterie poskytující relativně vysokou hustotu energie pro stacionární skladování energie. Předpokládejme, že by tyto materiály mohli být snadno použitelné za podmínek vysokého výkonu. V takovém případě by jejich využití muselo zahrnovat rychlou stabilizaci elektrické sítě a umožnit městskou mobilitu na krátké vzdálenosti díky rychlému dobíjení. V této práci jsou tenkovrstvé elektrody hexakyanoželeznatanu sodného syntetizovány pomocí jednoduchého přístupu - elektrochemické depozice - tak, aby se vytvořil modelový systém pro robustní výzkum. Jejich schopnost rychlého nabíjení je systematicky propracována s ohledem na tloušťku elektroaktivního materiálu v porovnání s „tradiční“ elektrodou kompozitního typu. Bylo zjištěno, že kvazi-rovnovážná kinetika umožňuje extrémně rychlé (vybíjení) vybíjení během několika sekund pro submikronové tloušťky filmu. Konkrétně pro tloušťku pod cca 500 nm může být zachováno 90 % kapacity při rychlosti 60 C (1 min pro plné (vybití) vybití). Přechod k řízení hromadného transportu je pozorován při dalším zvyšování rychlosti, přičemž silnějším filmům dominuje tento režim dříve než tenčím filmům. To lze zcela připsat omezujícím účinkům difúze Na+ v pevném stavu v materiálu elektrody. Představením modelového článku PBA s výkonem 25 Wh kg-1 při až 10 kW kg-1 tato práce zdůrazňuje možnou cestu k řízenému návrhu hybridních systémů baterie-superkondenzátor. Dále jsou diskutovány otevřené výzvy spojené s tenkovrstvými elektrodami, jako je role parazitních vedlejších reakcí a také zvyšování hmotnostního zatížení.	Na-iontové vodné baterie; analogy pruské modři; hexakyanoželezitan nikelnatý sodný; schopnost rychlého nabíjení; elektrochemická depozice tenkého filmu; hybridní baterie-superkondenzátory
eng	Fast-Charging Capability of Thin-Film Prussian Blue Analogue Electrodes for Aqueous Sodium-Ion Batteries	Prussian blue analogues are considered as promising candidates for aqueous sodium-ion batteries providing a decently high energy density for stationary energy storage. However, suppose the operation of such materials under high-power conditions could be facilitated. In that case, their application might involve fast-response power grid stabilization and enable short-distance urban mobility due to fast re-charging. In this work, sodium nickel hexacyanoferrate thin-film electrodes are synthesized via a facile electrochemical deposition approach to form a model system for a robust investigation. Their fast-charging capability is systematically elaborated with regard to the electroactive material thickness in comparison to a '' traditional '' composite-type electrode. It is found that quasi-equilibrium kinetics allow extremely fast (dis)charging within a few seconds for sub-micron film thicknesses. Specifically, for a thickness below approximate to 500 nm, 90% of the capacity can be retained at a rate of 60C (1 min for full (dis)charge). A transition toward mass transport control is observed when further increasing the rate, with thicker films being dominated by this mode earlier than thinner films. This can be entirely attributed to the limiting effects of solid-state diffusion of Na+ within the electrode material. By presenting a PBA model cell yielding 25 Wh kg-1 at up to 10 kW kg-1, this work highlights a possible pathway toward the guided design of hybrid battery-supercapacitor systems. Furthermore, open challenges associated with thin-film electrodes are discussed, such as the role of parasitic side reactions, as well as increasing the mass loading.	Na-ion aqueous batteries; Prussian blue analogues; sodium nickel hexacyanoferrate; fast-charging capability; thin-ilm electrochemical deposition; hybrid battery-supercapacitors

Search

Login for students

Login for employees

Publication detail

Departments

Other Parts

Map

Services

Popular Links