C/Na2MnSiO4 as a nanocomposite cathode material for novel Na- ion battery systems: preparation and physical and chemical properties

W obliczu rosnącego zapotrzebowania na wydajne i zrównoważone systemy magazynowania energii, baterie sodowo-jonowe (Na-Ion) stanowią atrakcyjną alternatywę dla baterii litowo-jonowych (Li-Ion), głównie z uwagi na niższy koszt oraz powszechną dostępność surowców. W niniejszej pracy podjęto próbę syntezy katodowego materiału polianionowego Na₂MnSiO₄ w formie kompozytu węglowego C/Na₂MnSiO₄, wykorzystując metodę zol–żel Pechiniego. Materiał ten cechuje się dużą stabilnością strukturalną i pojemnością teoretyczną równą 277 mAh/g. Otrzymany kompozyt daje odpowiedź elektrochemiczną, jednak wykazuje znaczną pojemność nieodwracalną, co może być związane z rozkładem struktury materiału w trakcie pracy półogniwa. Ograniczenia te przypisuje się również obecności fazy MnO, a także grubej powłoce węglowej, utrudniającej dyfuzję jonów sodu. Wyniki wskazują, że dalsza optymalizacja procesu syntezy oraz właściwości materiału może znacząco poprawić jego przydatność w bateriach Na-Ion.

With the growing demand for efficient and sustainable energy storage systems, sodium-ion (Na-Ion) batteries are an attractive alternative to lithium-ion (Li-Ion) batteries, mainly due to their lower cost and widespread availability of raw materials. In the present study, an attempt was made to synthesize a cathodic Na₂MnSiO₄ polyanionic material in the form of a C/Na₂MnSiO₄ carbon composite, using the Pechini sol-gel method. The material has high structural stability and a theoretical capacity of 277 mAh/g. The resulting composite gives an electrochemical response, but exhibits significant irreversible capacity, which may be related to the decomposition of the material's structure during testing. These limitations are also attributed to the presence of the MnO phase, as well as the thick carbon coating, which hinders the diffusion of sodium ions. The results indicate that further optimization of the synthesis process and material properties can significantly improve its suitability for Na-Ion batteries.