{"id":47150,"date":"2026-10-23T13:02:43","date_gmt":"2026-10-23T11:02:43","guid":{"rendered":"https:\/\/www.dbu.de\/moe-fellowship\/30022-968\/"},"modified":"2026-10-23T13:02:43","modified_gmt":"2026-10-23T11:02:43","slug":"30022-968","status":"publish","type":"moe-fellowship","link":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/moe-fellowship\/30022-968\/","title":{"rendered":"Investigation of polyanionic electrode materials by advanced analysis and diagnostic tools for Sodium-ion batteries which would be applicable for safe and environmentally friendly large-scale stationary energy storage systems"},"content":{"rendered":"<p style=\"text-align:justify;\">Der zunehmende Verbrauch fossiler Brennstoffe, die nach wie vor die wichtigste Energiequelle der Welt sind, und der Aussto\u00c3\u0178 von CO<sub>2<\/sub> haben zu zahlreichen schwerwiegenden Problemen wie Umweltverschmutzung und Klimawandel gef\u00c3\u00bchrt [1]. Um die Ziele des Pariser Klimaabkommens hinsichtlich des k\u00c3\u00bcnftigen Energiebedarfs [2] und der Klimaneutralit\u00c3\u00a4t bis 2050 [3] zu erreichen, wird die Entwicklung erneuerbarer Energiequellen immer dringlicher. Obwohl die durch Windturbinen, Sonnenkollektoren oder Wasserkraft erzeugte Elektrizit\u00c3\u00a4t sauber und sicher ist, ist die Versorgung unstetig und erfordert gro\u00c3\u0178 angelegte Speichervorrichtungen, um ein Gleichgewicht zu erreichen. Die elektrochemische Energiespeicherung hat viele w\u00c3\u00bcnschenswerte Eigenschaften, wie z. B. einen umweltfreundlichen Betrieb, einen hohen Wirkungsgrad, einen gro\u00c3\u0178en Leistungs- und Energiebereich, eine lange Lebensdauer und einen geringen Wartungsaufwand sowie eine einfache Integration in das Stromnetz [4, 5]. Batterien sind elektrochemische Ger\u00c3\u00a4te, welche die in den aktiven Materialien gespeicherte chemische Energie hocheffizient durch elektrochemische Oxidations- und Reduktionsreaktionen direkt in elektrische Energie umwandeln. Heutzutage gibt es viele verschiedene Arten von Batterien, allerdings sind Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) am weitesten verbreitet und werden in fast allen tragbaren Ger\u00c3\u00a4ten, Elektrofahrzeugen oder station\u00c3\u00a4ren Stromspeichern eingesetzt [7]. Die wachsende Nachfrage nach Lithium und sein geringes Vorkommen in der Erdkruste, vor allem in abgelegenen oder politisch sensiblen Gebieten, erschweren jedoch seine Gewinnung und machen die Preise sehr instabil [8,9]. Dar\u00c3\u00bcber hinaus werden in LIBs derzeit leicht entflammbare, feuchtigkeitsempfindliche organische Elektrolyte verwendet, die die gr\u00c3\u00b6\u00c3\u0178te Gefahrenquelle darstellen [9, 10].<\/p>\n<p style=\"text-align:justify;\">Natrium-Ionen-Batterien (SIB) wurden in den 80er Jahren parallel zu den LIB untersucht. Obwohl Natrium in vielerlei Hinsicht dem Lithium \u00c3\u00a4hnelt, gibt es einige Unterschiede zwischen den beiden Metallen, die zu abweichenden chemischen Eigenschaften und elektrochemischen Leistungen f\u00c3\u00bchren [7]. Natrium hat einen gr\u00c3\u00b6\u00c3\u0178eren Ionenradius und ein gr\u00c3\u00b6\u00c3\u0178eres Atomgewicht, was zu geringeren volumetrischen und gravimetrischen Kapazit\u00c3\u00a4ten f\u00c3\u00bchrt, was den Einsatz von SIB f\u00c3\u00bcr tragbare und mobile Anwendungen einschr\u00c3\u00a4nkt. SIBs sind jedoch die attraktivsten Kandidaten f\u00c3\u00bcr gro\u00c3\u0178 angelegte station\u00c3\u00a4re Energiespeicheranwendungen und Und Kurzstrecken-Elektroautos. Aufgrund der reichlich vorhandenen und gut verteilten Natriumvorkommen gelten die SIBs als kosteng\u00c3\u00bcnstige, sichere, stabile und ungiftige Alternative. Dar\u00c3\u00bcber hinaus k\u00c3\u00b6nnen bei der SIB-Technologie w\u00c3\u00a4ssrige Elektrolyte verwendet werden, die sehr leitf\u00c3\u00a4hig, sicher und umweltfreundlich sind [5], was die SIBs f\u00c3\u00bcr gro\u00c3\u0178 angelegte station\u00c3\u00a4re Anwendungen noch attraktiver macht.Die Hauptaufgabe eines sechsmonatigen Forschungsstipendiums, das von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt finanziert wurde, bestand darin, Die polyanionische SIB-Elektrodenmaterialien, die im Rahmen meiner Doktorarbeit bereits w\u00c3\u00a4hrend hergestellt wurden, mit Hilfe von fortschrittlichen Analyse- und Diagnosewerkzeugen, die am Helmholtz-Institut Ulm\/Karlsruher Institut f\u00c3\u00bcr Technologie (HIU\/KIT) zur Verf\u00c3\u00bcgung stehen, genauer zu untersuchen. Mehrere potenzielle w\u00c3\u00a4ssrige SIB-Kathoden-\/Anodenmaterialien wie NaTi<sub>2<\/sub>(PO<sub>4<\/sub>)<sub>3<\/sub>, Na<sub>4<\/sub>Fe<sub>3<\/sub>(PO<sub>4<\/sub>)<sub>2<\/sub>(P<sub>2<\/sub>O<sub>7<\/sub>), Na<sub>4<\/sub>Mn<sub>3<\/sub>(PO<sub>4<\/sub>)<sub>2<\/sub>(P<sub>2<\/sub>O<sub>7<\/sub>), Na<sub>7<\/sub>V<sub>4<\/sub>(PO<sub>4<\/sub>)(P<sub>2<\/sub>O<sub>7<\/sub>)<sub>4<\/sub> und Na<sub>4<\/sub>VFe(PO<sub>4<\/sub>)<sub>3<\/sub> wurden bereits w\u00c3\u00a4hrend meiner ersten beiden Promotionsjahre synthetisiert und w\u00c3\u00a4hrend dieses Stipendiums durch galvanostatische, potentiostatische Zyklen, Operando-R\u00c3\u00b6ntgenbeugung, R\u00c3\u00b6ntgen-Photoelektronenspektroskopie und elektrochemische Impedanzspektroskopie untersucht. Der Einfluss der Elektrodenpr\u00c3\u00a4paration auf die elektrochemische Leistung wurde untersucht. Dar\u00c3\u00bcber hinaus wurden verschiedene w\u00c3\u00a4ssrige Elektrolyte, wie z. B. hochkonzentriertes 17m NaClO4, sowie organische (nichtw\u00c3\u00a4ssrige) Elektrolyte mit allen Elektrodenmaterialien getestet.<\/p>\n<p style=\"text-align:justify;\">\u00c2\u00a0<\/p>\n<p style=\"text-align:justify;\">Verweise: [1] G.-L. Xu, R. Amine, A. Abouimrane, H. Che, M. Dahbi, Z.-F. Ma, I. Saadoune, J. Alami, W.L. Mattis, F. Pan, Z. Chen, K. Amine, Challenges in Developing Electrodes, Electrolytes, and Diagnostics Tools to Understand and Advance Sodium-Ion Batteries, Advanced Energy Materials, 8 (2018) 1702403.\u00c2\u00a0[2] The Paris Agreement. https:\/\/unfccc.int\/process-and-meetings\/the-paris-agreement\/the-paris-agreement. [3] Implementing the SET Plan 2020 report. https:\/\/setis.ec.europa.eu\/implementing-set-plan-2020-report-2020-11-23_en. [4] D. Kundu, E. Talaie, V. Duffort, L.F. Nazar, The emerging chemistry of sodium ion batteries for electrochemical energy storage, Angew Chem Int Ed Engl, 54 (2015) 3431-3448. [5] J.B. Goodenough, Evolution of strategies for modern rechargeable batteries, Acc Chem Res, 46 (2013) 1053-1061. [6] D. Linden, T.B. Reddy, Handbook of batteries, 3rd ed., McGraw-Hill, New York, 2002, 21 [7] P.K. Nayak, L. Yang, W. Brehm, P. Adelhelm, From Lithium-Ion to Sodium-Ion Batteries: Advantages, Challenges, and Surprises, Angew Chem Int Ed Engl, 57 (2018) 102-120. [8] S. Il Park, I. Gocheva, S. Okada, J. Yamaki, Electrochemical Properties of NaTi<sub>2<\/sub>(PO<sub>4<\/sub>)(<sub>3<\/sub>) Anode for Rechargeable Aqueous Sodium-Ion Batteries, J Electrochem Soc, 158 (2011) A1067-A1070. [9] C. Vaalma, D. Buchholz, M. Weil, S. Passerini, A cost and resource analysis of sodium-ion batteries, Nature Reviews Materials, 3 (2018) 18013.<\/p>\n<p>\u00c2\u00a0<\/p>\n<p>\u00c2\u00a0<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Der zunehmende Verbrauch fossiler Brennstoffe, die nach wie vor die wichtigste Energiequelle der Welt sind, und der Aussto\u00c3\u0178 von CO2 haben zu zahlreichen schwerwiegenden Problemen wie Umweltverschmutzung und Klimawandel gef\u00c3\u00bchrt [1]. 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