Sieuw, Louis und Lan, Tu und Svaluto-Ferro, Enea und Vagliani, Fabrizio und Kumar, Sumit und Ding, Wenjin und Turconi, Alberto und Diego, Basso und Andrea, Pozzi und Battaglia, Corsin und Heinz, Meike V. F. (2023) Influence of precursor morphology and cathode processing on performance and cycle life of sodium-zinc chloride (Na-ZnCl2) battery cells. Energy Storage Materials, 64 (103077). Elsevier. doi: 10.1016/j.ensm.2023.103077. ISSN 2405-8297.
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Kurzfassung
Replacing nickel by cheap and abundant zinc may enable high-temperature sodium-nickel chloride (Na-NiCl2) batteries to become an economically viable and environmentally sustainable option for large-scale energy storage for stationary applications. However, changing the active cathode metal significantly affects the cathode microstructure, the electrochemical reaction mechanisms, the stability of cell components, and the specific cell energy. In this study, we investigate the influence of cathode microstructure on energy efficiency and cycle life of sodium-zinc chloride (Na-ZnCl2) cells operated at 300 ◦C. We correlate the dis-/charge cycling performance of Na-ZnCl2 cells with the ternary ZnCl2-NaCl-AlCl3 phase diagram, and identify mass transport through the secondary NaAlCl4 electrolyte as an important contribution to the cell resistance. These insights enable the design of tailored cathode microstructures, which we apply to cells with cathode granules and cathode pellets at an areal capacity of 50 mAh/cm2. With cathode pellets, we demonstrate >200 cycles at C/5 (10 mA/cm2), transferring a total capacity of 9 Ah/cm2 at >83% energy efficiency. We identify coarsening of zinc particles in the cathode microstructure as a major cause of performance degradation in terms of a reduction in energy efficiency. Our results set a basis to further enhance Na-ZnCl2 cells, e.g., by the use of suitable additives or structural elements to stabilize the cathode microstructure.
elib-URL des Eintrags: | https://elib.dlr.de/200636/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Dokumentart: | Zeitschriftenbeitrag | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Titel: | Influence of precursor morphology and cathode processing on performance and cycle life of sodium-zinc chloride (Na-ZnCl2) battery cells | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Autoren: |
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Datum: | November 2023 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Erschienen in: | Energy Storage Materials | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Referierte Publikation: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Open Access: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gold Open Access: | Nein | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In SCOPUS: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In ISI Web of Science: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Band: | 64 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DOI: | 10.1016/j.ensm.2023.103077 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Verlag: | Elsevier | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ISSN: | 2405-8297 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Status: | veröffentlicht | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Stichwörter: | High-temperature ZEBRA battery, Molten-salt battery, Zinc battery, Alkali metal anode Stationary energy storage | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Forschungsbereich: | Energie | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Programm: | Materialien und Technologien für die Energiewende | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Programmthema: | Elektrochemische Energiespeicherung | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Schwerpunkt: | Energie | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Forschungsgebiet: | E SP - Energiespeicher | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben): | E - Elektrochemische Speicher, E - Materialen für die elektrochemische Energiespeicherung, E - Neue Wärmeträgerfluide | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Standort: | Stuttgart | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Institute & Einrichtungen: | Institut für Technische Thermodynamik > Thermische Prozesstechnik | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hinterlegt von: | Ding, Wenjin | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hinterlegt am: | 19 Dez 2023 17:33 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Letzte Änderung: | 21 Dez 2023 10:11 |
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