Študija delovanja ogljikovih elektrod v novodobnih akumulatorskih sistemih z jedrsko magnetno resonancoGabrijelčič, Matej (Avtor) Vižintin, Alen (Mentor) Krajnc, Andraž (Komentor) jedrska magnetna resonancaoperando meritvenatrij-ionski akumulatorjinegrafitizirani ogljikimehanizem shranjevanja natrijadegradacijaorganski prekurzorjipolnjenje pordekoriranje z nanodelciNatrij-ionski akumulatorji (NIB-i) so zaradi manjšega vpliva na okolje, večje varnosti in konkurenčne gostote energije privlačna alternativa litij-ionskim (LIB-i). Ključni dejavnik pri izboljšanju teh akumulatorjev je izbira negativnega elektrodnega materiala, ki pomembno vpliva na zmogljivost, stabilnost in nastanek fazne meje trdno-elektrolit (SEI). Trdi oziroma negrafitizirani ogljiki so postali glavni kandidati negativnega elektrodnega materiala za NIB. V zadnjih raziskavah je veliko pozornosti pritegnil proces vnosa Na$^+$ ionov v/iz negrafitiziranih ogljikov. Ker gre za razmeroma novo tehnologijo v primerjavi z LIB-i, natančen mehanizem delovanja in poti degradacije NIB-ov ostajajo nedorečeni. V doktorskem delu raziskujem mehanizme shranjevanja natrija v negativnih elektrodah iz negrafitiziranega ogljika z uporabo naprednih karakterizacijskih tehnik. Poleg uporabe operando, in-situ in ex-situ jedrske magnetne resonančne (NMR) spektroskopije v trdnem so bile uporabljene tudi vrstična elektronska mikroskopija z energijsko-disperzijsko rentgensko spektroskopijo (SEM-EDX), rentgenska fotoelektronska spektroskopija (XPS) in elektrokemijske meritve. Te metode so omogočile vpogled v natrijevo strukturo, dinamiko in sestavo SEI-ja. Ključne ugotovitve vključujejo vpliv temperature karbonizacije na shranjevanje natrija. Pri višjih temperaturah večje pore olajšajo nastanek kvazi-kovinskih natrijevih skupkov, kar izboljša zmogljivost shranjevanja natrija. Poleg tega je bilo ugotovljeno, da je SEI sestavljen iz natrijevega fluorida (NaF), ki se tvori na površini negrafitiziranega ogljika, znotraj plasti pa se tvori natrijev karbonat (Na$_2$CO$_3$). Predlagan je bil celovit mehanizem za obnašanje Na$^+$ ionov v negrafitiziranem ogljiku: med začetnim sodiiranjem se Na$^+$ ioni adsorbirajo na površini negrafitiziranega ogljika in vstavijo med plasti grafena, nato zapolnijo stene por, na koncu pa, če so pore dovolj velike, nastanejo kvazi-kovinski Na skupki. Med desodiiranjem se ta proces obrne. V primeru podpotencialne sodiacije pride do nukleacije kovinskega Na na površini negativne elektrode, kar povzroči kovinsko nanašanje Na. Kemijska okolja nanešenega Na in Na dendritov se razlikujejo zaradi različnih strukturnih in kemijskih lastnosti in jih je mogoče razlikovati z NMR v trdnem stanju. Negativno elektrodo iz negrafitiziranega ogljika sem testiral skupaj s pozitivno elektrodo iz Na$_3$V$_2$(PO$_4$)$_2$F$_3$ z operando NMR-jem tudi v polnem členu in tako pokazal delovanje akumulatorja pri realnih pogojih. S pomočjo ex-situ NMR-ja sem dodatno raziskal vpliv dodatka FEC v elektrolitu na formiranje in stabilizacijo SEI-ja. Na koncu sem s pomočjo ex-situ in operando NMR-ja raziskal vpliv heteroatomskega dekoriranja negrafitiziranega ogljika z nanodelci in vpliv uporabe različnih prekurzorjev na delovanje in degradacijske mehanizme akumulatorja.20262026-01-30 08:15:27Doktorsko delo/naloga178803sl