Kovahiilen käyttö natriumioniakkujen anodimateriaalina

Natriumioniakut ovat herättäneet kasvavaa kiinnostusta kustannustehokkaina ja raaka-aineiden saatavuuden kannalta kestävinä vaihtoehtoina litiumioniakuille erityisesti suuren mittakaavan energiavarastointisovellutuksissa. Yksi keskeisistä natriumioniakkujen kehityshaasteista on sopivan anodimateriaalin löytäminen, sillä litiumioniakuissa yleisesti käytetty grafiitti ei sovellu tehokkaasti natriumionien varastointiin. Tästä syystä tutkimus on kohdistunut vaihtoehtoisiin hiilipohjaisiin materiaaleihin, joista kovahiili on noussut yhdeksi lupaavimmista anodimateriaaleista.

Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan kovahiilen käyttöä natriumioniakkujen anodimateriaalina. Työssä käsitellään kovahiilen rakennetta, rakenteen karakterisointia röntgendiffraktion ja Raman-spektroskopian avulla sekä kovahiilen valmistusta eri lähtöainesta pyrolyysillä ja hydrotermisellä hiilestyksellä. Lisäksi työssä vertaillaan eri valmistusmenetelmillä tuotettujen kovahiilianodien sähkökemiallisia ominaisuuksia natriumioniakuissa ja arvioidaan heteroatomidouppauksen vaikutusta anodien suorituskykyyn.

Kirjallisuuskatsauksen perusteella kovahiili kykenee varastoimaan natriumioneja useiden rinnakkaisten mekanismien kautta, mikä mahdollistaa kilpailukykyiset kapasiteetit ja hyvän syklistabiilisuuden. Samalla materiaalin kehitykseen liittyy haasteita, kuten matala Coulombinen hyötysuhde ja rakenteen hallinta. Kokonaisuutena kovahiiltä pidetään kuitenkin tällä hetkellä yhtenä realistisimpana anodimateriaalina natriumioniakkujen kehitystä ja tulevia energiavarastointisovellutuksia ajatellen.