Theses metadata

“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.

Export

Creator:	Gezović Miljanić, Aleksandra
Title:	Ekološki polianjonski katodni materijali na bazi fosfata za litijum/natrijum-jonske baterije
Copyright date:	2024
Trajni link:	https://phaidra.ucg.ac.me/detail_object/o:1887?tab=0#mda
Pregled teze:
Download link:
Select license:	Autorstvo-Nekomercijalno-Bez prerade 3.0 Srbija (CC BY-NC-ND 3.0)

Academic metadata

Theses Type:	Phd. theses
Academic Expertise :	Tehnicko-tehnološke nauke
Academic Title:	doktor nauka - metalurško inženjerstvo
University:	Univerzitet Crne Gore
Faculty:	Metalurško-tehnološki fakultet
Group:	Studijski program Hemijska tehnologija

Other Theses Metadata

Title translated:	Ecologically polyanionic cathode materials based on the phosphates for lithium/sodium ion batteries
Format:	PDF/A (pages)
Abstract:	Velika potrosnja fosilnih goriva predstavlja ozbiljan ekoloski i ekonomski problem za drustvo, te se stoga povecava obim istrazivanja u oblasti alternativnih izvora energije. Alternativni izvori energije, koji istovremeno imaju mogucnost i sladistenja energije, jesu elektrohemijski izvori energije u koje spadaju baterije, gorivne celije i elektrohemijski kondenzatori, od kojih su baterije nasle najsiru primjenu. O vaznosti baterija najbolje govori cinjenica da je Evropska komisija u Briselu 10. decembra 2020. godine, kao glavnog konkurenta ka postizanju klimatske neutralnosti do 2050. godine, upravo predstavila baterije. Potraznja za ovim tipom izvora struje je izuzetna, a brojcano se ocekuje povecanje za 14 puta do 2030. godine. Medu punjivim baterijama, litijum-jonske baterije su preuzele sustinsku ulogu u kvalitetu zivota modernog drustva. Ono sto opravdava opsezna istrazivanja u oblasti litijum-jonskih baterija jesu odlicne osobine litijuma, koje se prije svega odnose na veliki sadrzaj energije i visok negativni potencijal, kao i cinjenica da je Li najlaksi metal sa najvecim specificnim kapacitetom. Dakle, kao tehnoloska komponenta, litijum-jonske baterije predstavljaju ogroman globalni potencijal u pogledu energetske odrzivosti. Sa druge strane, natrijum jonske baterije predstavljaju novu eru punjivih baterija, izbjegavajuci litijum zbog svojih ogranicenih resursa, visoke cijene i poteskoca u postupcima ekstrakcije i recikliranja. Razvoj natrijum-jonskih baterija strogo zavisi od razvoja jedinjenja sa strukturom koja omogucava brzo umetanje/ekstrakciju natrijuma. Medu njima, polianjonska jedinjenja su siroko istrazivana kao katodni materijali, gdje se efikasno takmice sa slojevitim oksidima. U ovom radu su izabrana izostrukturna polianjonska jedinjenja, opste formule Na4M3(PO4)2P2O7. Na osnovu eksperimentalnih i teorijskih rezultata ukljucena je sveobuhvatna retrospektiva njihovih postupaka dobijanja, kinetike i mehanizma reakcija sodijacije/desodijacije. Preciznije, napravljen je pregled svojstava razlicitih jedinjenja u pogledu njihovih elektricnih, vibracionih i povrsinskih osobina, praceno metodama sinteze i performansama skladistenja jona Na/Li. Detaljnije, u ovom radu je obradeno pitanje uticaja pH vrijednosti na Na4Fe 3(PO4)2P2O7 (NFPP) metodu sagorijevanja gela kada i fosfati i pirofosfati djeluju kao reaktanti. Uoceno je da spontana reakcija sagorijevanja gela, potpomognuta limunskom kiselinom, koja se javlja pri pH od « 3 (po NFPP stehiometriji), dovodi do stvaranja pirofosfata (Na2FeP2O7, NFP) sa odredenom kolicinom NFPP faze. Utvrdeno je da je koordinacija Fe-oksalata dominantna pri niskom pH, dok protonacija limunske kiseline potiskuje direktno kompleksiranje Fe-citrata. Podesavanje pH na neutralnu vrijednost mijenja kompleksiranje i put reakcije. Ovo omogucava direktnu koordinaciju Fe(II)-citrata i naknadnu oksidaciju, formirajuci NFPP kao dominantnu fazu, oslobodene od NFP. Stavise, serija uzoraka, razvijena variranjem molarnog odnosa limunske kiseline prema Fe(II)-oksalatu uz kontrolu pH vrijednosti (2-6), posluzila je kao platforma za identifikaciju i rjesavanje problema u vezi sa nedvosmislenim tumacenjima IC spektara za NFPP fazu. FTIR i CV metode su predlozene kao pomocni alati pored XRD za identifikaciju NFP primjesa. Konacno, i sto je najvaznije, NFPP faza formirana pod neutralnim pH ima veci kapacitet sodacije/desodijacije od NFPP/NFP heterostruktura pri svim vrijednostima pH (od 2 do 6) u oba elektrolita (6 M vodeni rastvori NaNO3 i LINO3), dostizuci teorijsku vrijednost specificnog kapaciteta pri prilicno visokoj gustini struje od 1 A g-1.
Abstract:	The high consumption of fossil fuels represents a severe ecological and economic problem for society, and therefore, the scope of research in the field of alternative energy sources is increasing. Alternative energy sources, which simultaneously have the possibility of energy storage, are electrochemical energy sources, including batteries, fuel cells and electrochemical capacitors, of which batteries have found the most comprehensive application. The importance of batteries is best illustrated by the fact that the European Commission in Brussels on December 10, 2020, as the main competitor towards achieving climate neutrality by 2050, just presented batteries. The demand for this type of power source is exceptional, and numerically, it is expected to increase by 14 times by 2030. Among rechargeable batteries, lithium-ion batteries have assumed an essential role in the quality of life of modern society. What justifies extensive research in lithium-ion batteries are excellent properties of lithium, which primarily relate to high energy content and high negative potential, as well as the fact that Li is the lightest metal with the highest specific capacity. Thus, as a technological component, lithium-ion batteries represent a substantial global potential in terms of energy sustainability. On the other hand, sodium-ion batteries represent a new era of rechargeable batteries, eschewing lithium due to their limited resources, high cost, and difficulties in extraction and recycling procedures. The development of sodium-ion batteries strongly depends on developing compounds with a structure that enables fast sodium insertion/deinsertion reactions. Among them, polyanionic compounds have been widely investigated as cathode materials, competing effectively to layered oxides. In this paper, isostructural polyanionic compounds with the general formula Na4M3(PO4)2P2O7 were chosen. The comprehensive retrospective of their preparation procedures, kinetics, and mechanism of sodiation/desodiation reactions is included based on experimental and theoretical results. More precisely, an overview of the properties of various compounds was made in terms of their electrical, vibrational and surface properties, followed by the synthesis method and Na/Li-ion storage performances. In more detail, in this paper, the issue of the influence of pH value on Na4Fe3(PO4)2P2O7 (NFPP) sol-gel synthesis was addressed when both phosphates and pyrophosphates act as reactants. It was noticed that spontaneous citric-assisted sol-gel reaction occurring at pH of 3 (following NFPP stoichiometry), leads to the formation of pyrophosphate (Na2FeP2O7, NFP) with a certain amount of NFPP phase. It was found that coordination of Fe-oxalate is dominant at low pH, while the citric acid protonation suppresses direct complexation of Fe-citrate. Adjusting the pH to a neutral value changes the complexation and the reaction pathway. This enables direct coordination of Fe(II)-citrate and subsequent oxidation, forming NFPP as the dominant phase, freed from NFP. Furthermore, a series of samples, developed by varying the molar ratio of citric-acid to Fe(II)-oxalate while controlling the pH value (2-6), served as a platform to identify and solve problems related to unambiguous interpretations of IR spectra for the NFPP phase. FTIR and CV methods are proposed as auxiliary tools in addition to XRD for the identification of NFP admixture. Finally, and most importantly, the NFPP phase formed under neutral pH has a higher sodation/desodiation capacity than NFPP/NFP heterostructures at all pH values (from 2 to 6), in both electrolytes (6 M NaNO3 and LINO3 aqueous solutions), reaching the theoretical value of specific capacity at a fairly high current density of 1 A g-1.
Authors Key words:	Li-jonske baterije, Na-jonske baterije, Na4Fe3(PO4)2P2O7, Na2FeP2O7, metoda sagorijevanja gela, uticaj pH, vodeni elektroliti.
Authors Key words:	Li-ion batteries, Na-ion batteries, Na4Fe3(PO4)2P2O7, Na2FeP2O7, sol-gel method, the influence of pH, aqueous electrolyte
Language:	Serbian

Abstract:

Velika potrosnja fosilnih goriva predstavlja ozbiljan ekoloski i ekonomski problem za drustvo, te se stoga povecava obim istrazivanja u oblasti alternativnih izvora energije. Alternativni izvori energije, koji istovremeno imaju mogucnost i sladistenja energije, jesu elektrohemijski izvori energije u koje spadaju baterije, gorivne celije i elektrohemijski kondenzatori, od kojih su baterije nasle najsiru primjenu. O vaznosti baterija najbolje govori cinjenica da je Evropska komisija u Briselu 10. decembra 2020. godine, kao glavnog konkurenta ka postizanju klimatske neutralnosti do 2050. godine, upravo predstavila baterije. Potraznja za ovim tipom izvora struje je izuzetna, a brojcano se ocekuje povecanje za 14 puta do 2030. godine. Medu punjivim baterijama, litijum-jonske baterije su preuzele sustinsku ulogu u kvalitetu zivota modernog drustva. Ono sto opravdava opsezna istrazivanja u oblasti litijum-jonskih baterija jesu odlicne osobine litijuma, koje se prije svega odnose na veliki sadrzaj energije i visok negativni potencijal, kao i cinjenica da je Li najlaksi metal sa najvecim specificnim kapacitetom. Dakle, kao tehnoloska komponenta, litijum-jonske baterije predstavljaju ogroman globalni potencijal u pogledu energetske odrzivosti. Sa druge strane, natrijum jonske baterije predstavljaju novu eru punjivih baterija, izbjegavajuci litijum zbog svojih ogranicenih resursa, visoke cijene i poteskoca u postupcima ekstrakcije i recikliranja. Razvoj natrijum-jonskih baterija strogo zavisi od razvoja jedinjenja sa strukturom koja omogucava brzo umetanje/ekstrakciju natrijuma. Medu njima, polianjonska jedinjenja su siroko istrazivana kao katodni materijali, gdje se efikasno takmice sa slojevitim oksidima. U ovom radu su izabrana izostrukturna polianjonska jedinjenja, opste formule Na4M3(PO4)2P2O7. Na osnovu eksperimentalnih i teorijskih rezultata ukljucena je sveobuhvatna retrospektiva njihovih postupaka dobijanja, kinetike i mehanizma reakcija sodijacije/desodijacije. Preciznije, napravljen je pregled svojstava razlicitih jedinjenja u pogledu njihovih elektricnih, vibracionih i povrsinskih osobina, praceno metodama sinteze i performansama skladistenja jona Na/Li. Detaljnije, u ovom radu je obradeno pitanje uticaja pH vrijednosti na Na4Fe 3(PO4)2P2O7 (NFPP) metodu sagorijevanja gela kada i fosfati i pirofosfati djeluju kao reaktanti. Uoceno je da spontana reakcija sagorijevanja gela, potpomognuta limunskom kiselinom, koja se javlja pri pH od « 3 (po NFPP stehiometriji), dovodi do stvaranja pirofosfata (Na2FeP2O7, NFP) sa odredenom kolicinom NFPP faze. Utvrdeno je da je koordinacija Fe-oksalata dominantna pri niskom pH, dok protonacija limunske kiseline potiskuje direktno kompleksiranje Fe-citrata. Podesavanje pH na neutralnu vrijednost mijenja kompleksiranje i put reakcije. Ovo omogucava direktnu koordinaciju Fe(II)-citrata i naknadnu oksidaciju, formirajuci NFPP kao dominantnu fazu, oslobodene od NFP. Stavise, serija uzoraka, razvijena variranjem molarnog odnosa limunske kiseline prema Fe(II)-oksalatu uz kontrolu pH vrijednosti (2-6), posluzila je kao platforma za identifikaciju i rjesavanje problema u vezi sa nedvosmislenim tumacenjima IC spektara za NFPP fazu. FTIR i CV metode su predlozene kao pomocni alati pored XRD za identifikaciju NFP primjesa. Konacno, i sto je najvaznije, NFPP faza formirana pod neutralnim pH ima veci kapacitet sodacije/desodijacije od NFPP/NFP heterostruktura pri svim vrijednostima pH (od 2 do 6) u oba elektrolita (6 M vodeni rastvori NaNO3 i LINO3), dostizuci teorijsku vrijednost specificnog kapaciteta pri prilicno visokoj gustini struje od 1 A g-1.