Seminaria

Dnia 2024-04-09 o godzinie 13:15 w Sali 2011 Wydziału Fizyki UwB, dr Wojciech Olszewski z Katedry Fizyki Materii Skondensowanej, Wydziału Fizyki UwB wygłosi wykład pt:

„The impact of structural disorder on the properties of selected cathode materials”

Serdecznie zapraszamy

Andrzej Maziewski

Jerzy Przeszowski

„The impact of structural disorder on the properties of selected cathode materials”

Wojciech Olszewski

Katedra Fizyki Materii Skondensowanej, Wydział Fizyki UwB

The impact of structural disorder on the properties of selected cathode materials Increasing the contribution of renewable energy sources is necessary to meet the fast increase of global energy needs and match the CO2 reduction targets. In order to address these challenges, intensive research efforts are ongoing both in energy harvesting and storage technologies such as batteries.

X-ray absorption spectroscopy (XAS) plays a key role in the continuous development and breakthroughs in battery science, thanks to its capability to provide accurate information on electronic structure of the redox active element, local structure, and morphological information. Generally, XAS studies on battery materials are performed at a single temperature as a function of charge, to access information on the electrochemical behavior and charge transfer mechanism during the intercalation or deintercalation process. However, the fact that the charging/discharging process is expected to have direct influence on the bond length characteristics, strength and disorder, it is important to perform temperature dependence measurements to find a realistic correlation between the local structure and the battery characteristics. Indeed, temperature-dependent studies quantitatively allow to discriminate in between static and dynamic disorder, and to have direct access to the local force constant between the atom pairs. In Li and Mn-rich NMC cathodes such investigation revealed the evolution of the lattice rigidity which directly affects the reversible anionic redox contribution [1-3]. Similar studies on Ti based MXene-type [4], NaxCoO2 [5], V2O5 [6], and Na1-xFe1-yNiyO2 [7] electrode materials underline the importance of the local atomic correlations as limiting factor in the ion diffusion in battery materials.

References

[1] L. Simonelli et al., J. Phys. Chem. Lett. 10 (2019): 3359-3368.

[2] S.E. Ali et al., J. Phys. Chem. Lett. 12 (2021): 1195−1201.

[3] S.E. Ali et al., Mater. Today Phys. 24 (2022): 100687.

[4] W. Olszewski et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 25 (2023): 3011-3019.

[5] W. Olszewski et al., J. Phys. Chem. C 120 (2016): 4227-4232.

[6] W. Olszewski et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 20 (2018): 15288-15292. [7] W. Olszewski et al., Mater. Today Energy 40 (2024): 101519.

Wpływ nieporządku strukturalnego na własności wybranych materiałów katodowych

Szybki wzrost światowego zapotrzebowania na energię i konieczność redukcji emisji CO2 powoduje konieczność zwiększenia udziału odnawialnych źródeł energii. Aby sprostać tym wyzwaniom, prowadzone są intensywne prace badawcze zarówno w zakresie technologii pozyskiwania, jak i magazynowania energii.

Spektroskopia absorpcyjna promieniowania X (XAS) odgrywa kluczową rolę w ciągłym rozwoju i przełomach w nauce o bateriach. Dzieje się tak dzięki jej zdolności do dostarczania dokładnych informacji na temat struktury elektronowej i atomowej aktywnego elementu redoks. W dużym uproszczeniu, badania XAS materiałów katodowych w funkcji ładunku zazwyczaj przeprowadza się w jednej temperaturze, aby uzyskać dostęp do informacji na temat zachowania elektrochemicznego i mechanizmu przenoszenia ładunku podczas procesu interkalacji lub deinterkalacji. Ponieważ jednak oczekuje się, że proces ładowania/rozładowania będzie miał bezpośredni wpływ na podstawowe charakterystyki wiązań w badanym materiale, ważne jest wykonanie pomiarów zależności temperaturowej w celu znalezienia realistycznej korelacji pomiędzy lokalną strukturą a charakterystyką baterii. Takie badania pozwalają ilościowo rozróżnić statyczny i dynamiczny nieporządek strukturalny i mieć bezpośredni dostęp do lokalnej stałej sprzężenia między parami atomów. W przypadku katod NMC bogatych w Li i Mn badania takie ujawniły ewolucję sztywności wiązania, która bezpośrednio wpływa na odwracalny anionowy charakter procesów redoks [1-3]. Podobne badania materiałów elektrodowych typu MXene na bazie Ti [4], NaxCoO2 [5], V2O5 [6] i Na1-xFe1-yNiyO2 podkreślają znaczenie lokalnych korelacji atomowych jako czynnika ograniczającego dyfuzję jonów w materiałach katodowych.

Literatura

[1] L. Simonelli et al., J. Phys. Chem. Lett. 10 (2019): 3359-3368.

[2] S.E. Ali et al., J. Phys. Chem. Lett. 12 (2021): 1195−1201.

[3] S.E. Ali et al., Mater. Today Phys. 24 (2022): 100687.

[4] W. Olszewski et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 25 (2023): 3011-3019.

[5] W. Olszewski et al., J. Phys. Chem. C 120 (2016): 4227-4232.

[6] W. Olszewski et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 20 (2018): 15288-15292.

[7] W. Olszewski et al., Mater. Today Energy 40 (2024): 101519.