The Layered material NaNi0.5Mn0.5O2 used as cathode in Sodium batteries is the subject of the current thesis. Starting from the pure material, some substitutions were made with transition metals in order to evaluate the effect of the doping on the crystalline structure and on the electrochemical performances of the cathode material. The syntheses were carried out in two different ways, solid state and sol-gel, to quantify the different impact on electrochemical properties, but trying in particular, thanks to the presence of the dopant, to stabilize different hybrids. The substitutions have foreseen the use of Titanium, Vanadium and Copper, which replace both Nickel and Manganese, but was also attempted the synthesis of the material in which the Titanium replace only Manganese. Different experimental parameters has been tested, such as the treatment in oven that leads to different phases when working with powders or pellets, but also the cooling rate, fast or slow, as well as the storage at room temperature in the air, which can cause the stabilization of different phases. The pure material and doped samples were characterized by X ray diffraction, and the morphological characterization by means of the scanning electron microscope (SEM) to obtain information on the shape, size and packing of the grains of the materials. Finally, electrochemical characterization techniques such as Cyclic Voltammetry and Cyclic Chronopotentiometry have been used to test their electrochemical performance.
Il materiale Layered NaNi0.5Mn0.5O2, utilizzato come catodo nelle batterie al sodio, ha costituito l’argomento della tesi. Partendo dal materiale puro sono state effettuate alcune sostituzioni con metalli di transizione al fine di valutare l’effetto del drogaggio sulla struttura che viene stabilizzata e sulle prestazioni elettrochimiche del materiale catodico. Le sintesi sono state effettuate in due modi differenti, stato solido e sol-gel, per quantificarne il diverso impatto sulla componente elettrochimica, ma tentando in particolare, grazie alla presenza del drogante, di stabilizzare ibridi differenti. Le sostituzioni ipotizzate hanno previsto l’impiego del Titanio, Vanadio e Rame, che vanno a sostituire sia il Nichel che il Manganese ma è stata tentata anche la sintesi del materiale in cui il Titanio andava a sostituire il solo Manganese. E’ stata sperimentata l’importanza di diversi parametri sperimentali quali il trattamento in forno che porta a fasi differenti nel caso si operi con polveri o pastiglie compatte, ma anche il raffreddamento, veloce o lento, così come il mantenimento a temperatura ambiente all’aria che può provocare la stabilizzazione di fasi diverse.Una volta sintetizzato il materiale puro e i corrispettivi drogati e dopo averli caratterizzati mediante diffrazione a raggi X sono state impiegate tecniche di caratterizzazione morfologica utilizzando il microscopio a scansione elettronica (SEM) per ottenere informazioni sulla forma, dimensione e impaccamento dei grani dei materiali. Infine le tecniche di caratterizzazione elettrochimica come la Voltammetria Ciclica e la Cronopotenziometria Ciclica hanno permesso di testarne le prestazioni elettrochimiche.
NaMn05Ni05O2 puro e drogato (Ti, V e Cu) per il miglioramento delle prestazioni elettrochimiche
LECCARDI, FRANCESCO
2018/2019
Abstract
The Layered material NaNi0.5Mn0.5O2 used as cathode in Sodium batteries is the subject of the current thesis. Starting from the pure material, some substitutions were made with transition metals in order to evaluate the effect of the doping on the crystalline structure and on the electrochemical performances of the cathode material. The syntheses were carried out in two different ways, solid state and sol-gel, to quantify the different impact on electrochemical properties, but trying in particular, thanks to the presence of the dopant, to stabilize different hybrids. The substitutions have foreseen the use of Titanium, Vanadium and Copper, which replace both Nickel and Manganese, but was also attempted the synthesis of the material in which the Titanium replace only Manganese. Different experimental parameters has been tested, such as the treatment in oven that leads to different phases when working with powders or pellets, but also the cooling rate, fast or slow, as well as the storage at room temperature in the air, which can cause the stabilization of different phases. The pure material and doped samples were characterized by X ray diffraction, and the morphological characterization by means of the scanning electron microscope (SEM) to obtain information on the shape, size and packing of the grains of the materials. Finally, electrochemical characterization techniques such as Cyclic Voltammetry and Cyclic Chronopotentiometry have been used to test their electrochemical performance.È consentito all'utente scaricare e condividere i documenti disponibili a testo pieno in UNITESI UNIPV nel rispetto della licenza Creative Commons del tipo CC BY NC ND.
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https://hdl.handle.net/20.500.14239/22544