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Design and Characterization of Poly(ethylene oxide)-Based Multifunctional Composites with Succinonitrile Fillers for Ambient-Temperature Structural Sodium-Ion Batteries

Iyer, Vasan und Petersen, Jan und Geier, Sebastian und Wierach, Peter (2024) Design and Characterization of Poly(ethylene oxide)-Based Multifunctional Composites with Succinonitrile Fillers for Ambient-Temperature Structural Sodium-Ion Batteries. Polymers, 16 (19), Seite 2806. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/polym16192806. ISSN 2073-4360.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.3390/polym16192806

Kurzfassung

A new approach to developing structural sodium batteries capable of operating in ambient-temperature conditions has been successfully achieved. The developed multifunctional structural electrolyte (SE) using poly(ethylene oxide) (PEO) as a matrix integrated with succinonitrile (SN) plasticizers and glass-fiber (GF) reinforcements identified as GF_PEO-SN-NaClO4 showed a tensile strength of 32.1 MPa and an ionic conductivity of 1.01 × 10−4 S cm−1 at room temperature. It displayed a wide electrochemical stability window of 0 to 4.9 V and a high sodium-ion transference number of 0.51 at room temperature. The structural electrode (CF|SE) was fabricated by pressing the structural electrolyte with carbon fibers (CFs), and it showed a tensile strength of 72.3 MPa. The fabricated structural battery half-cell (CF||SE||Na) demonstrated good cycling stability and an energy density of 14.2 Wh kg−1, and it retained 80% capacity at the end of the 200th cycle. The cycled electrodes were observed using scanning electron microscopy, which revealed small dendrite formation and dense albeit uniform deposition of the sodium metal, helping to avoid a short-circuit of the cell and providing more cycling stability. The developed multifunctional matrix composites demonstrate promising potential for developing ambient-temperature sodium structural batteries.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/207084/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Design and Characterization of Poly(ethylene oxide)-Based Multifunctional Composites with Succinonitrile Fillers for Ambient-Temperature Structural Sodium-Ion Batteries
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Iyer, Vasanvasan.iyer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8868-6710169493263
Petersen, JanJan.Petersen (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4436-102XNICHT SPEZIFIZIERT
Geier, Sebastiansebastian.geier (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7941-3630NICHT SPEZIFIZIERT
Wierach, Peterpeter.wierach (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0852-9112169493264
Datum:3 Oktober 2024
Erschienen in:Polymers
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:16
DOI:10.3390/polym16192806
Seitenbereich:Seite 2806
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
Name der Reihe:Polymers Special Issue: Multifunctional Polymer Composite Materials
ISSN:2073-4360
Status:veröffentlicht
Stichwörter:structural sodium batteries; structural energy storage; multifunctional materials; fiber-reinforced composites; plasticizers; carbon-fiber electrode
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E VS - Verbrennungssysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Materialen für die elektrochemische Energiespeicherung, E - Elektrochemische Speicher, L - Strukturwerkstoffe und Bauweisen, L - Flugzeugtechnologien und Integration, R - Materialdesign und neue Materialien
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Systemleichtbau > Multifunktionswerkstoffe
Hinterlegt von: Iyer, Vasan
Hinterlegt am:14 Okt 2024 08:37
Letzte Änderung:14 Okt 2024 08:37

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