Development of a copper doped birnessite manganese dioxide cathode for aqueous zinc-ion batteries

Abstract

Dit proefschrift beschrijft een methode voor het ontwikkelen van een geschikt kathodemateriaal voor zink-ion batterijen. De laatste jaren is de vraag naar nieuwe soorten oplaadbare batterijen als vervanging voor lithium-ion batterijen gestaag toegenomen als gevolg van het tekort aan lithium in de aardkorst en de toename van hernieuwbare energiebronnen die grote energieopslagsystemen vereisen. Een van de meest veelbelovende alternatieven zijn zink-ion batterijen. Het vinden van een geschikt kathodemateriaal is echter een aanzienlijke uitdaging gebleken. In het kader van mijn proefschrift zal ik de geschiktheid van het kathodemateriaal evalueren aan de hand van cyclische voltammetrie om de herlaadbaarheid van de kathode te bepalen, XRD en SEM om de kristalstructuur van het kathodemateriaal te verifiëren en elektrochemische impedantie spectroscopie om karakteristieke weerstanden van de kathode te meten. Ik kom tot de conclusie dat δ-MnO2 het meest veelbelovende kathodemateriaal is. Het doteren van deze kathode met koper verhoogt de geleidbaarheid van het materiaal, hetgeen zou moeten resulteren in een batterij met een hogere energieopslagcapaciteit dan voorheen. Het kathodemateriaal wordt gesynthetiseerd via een redox-precipitatiereactie. Het valt te verwachten dat de δ-MnO2-kathode aan een slechte mechanische stabiliteit lijdt. Verder onderzoek dat het idee van koperdotering gebruikt in combinatie met een versterkte structuur, zoals polyaniline-geïntercaleerd MnO2, zou kunnen resulteren ineen volwaardige kathode.