19.02.2023
Paper pitch: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202202712
Zusammenfassung: In den letzten Jahren wurden viele Anstrengungen unternommen, um reversible Alkalimetallanoden mit Festelektrolyten einzuführen, um die Energiedichte von Batterien der nächsten Generation zu erhöhen. In dieser Hinsicht ist Na3,4Zr2Si2,4P0,6O12 aufgrund seiner hohen Ionenleitfähigkeit und scheinbaren Stabilität gegenüber Natriummetall ein vielversprechender Festelektrolyt für Festkörper-Natriumbatterien.
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Die Bildung einer kinetisch stabilen Grenzfläche in Kontakt mit Natriummetall wird durch zeitaufgelöste Impedanzanalyse, In-situ-Röntgenphotoelektronenspektroskopie und Transmissionselektronenmikroskopie nachgewiesen. Basierend auf druck- und temperaturabhängigen Impedanzanalysen wird der Schluss gezogen, dass die Kinetik der Na|Na3.4Zr2Si2.4P0.6O12-Grenzfläche eher durch Stromeinschränkung als durch Ladungstransfer dominiert wird. Querschnitte der Grenzfläche nach anodischer Auflösung bei verschiedenen mechanischen Belastungen veranschaulichen die gebildete Porenstruktur aufgrund der Ansammlung von Leerstellen in der Nähe der Grenzfläche. Die zeitliche Entwicklung der Porenmorphologie nach der anodischen Auflösung wird durch zeitaufgelöste Impedanzanalyse überwacht. Ein Gleichgewicht der Grenzfläche wird selbst bei extrem geringer äußerer mechanischer Belastung beobachtet, was auf die schnelle Diffusion von Leerstellen im Natriummetall zurückzuführen ist, während das Gleichgewicht schneller erfolgt und hauptsächlich durch Kriechen bei erhöhter äußerer Belastung verursacht wird. Die präsentierten Informationen liefern nützliche Einblicke in eine tiefergehende Bewertung der Natriummetallanode in Festkörperbatterien.
Till Ortmann ist Doktorand am Institut für Physikalische Chemie der Justus-Liebig-Universität Gießen.
