Master's Thesis

Electrode Materials for Sodium-ion Batteries Based on Carbon

Final Thesis 3.55 MB

Author of thesis: Ing. Tomáš Homolka

Acad. year: 2023/2024

Supervisor: Ing. Jiří Libich, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Tomáš Binar, Ph.D.

Abstract:

This diploma thesis focuses on electrode materials for sodium batteries with a particular emphasis on anodes, especially hard carbon. The history of sodium-ion batteries and their operating principle are discussed as well. The project also describes the history of lithium ion batteries, as they share a significant part of their development and operating principle with sodium-ion batteries. In the practical part, measurements of rate capability, capacity and coulombic efficiency of the selected hard carbon are then performed. The sodation method is also tested and the effect of moisture on its properties is further investigated.

Keywords:

Sodium-ion battery, carbon, sodium, hard carbon, Na-ion, Li-ion, anode, negative electrode, capacity

Date of defence

04.06.2024

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil státní zkušební komisi s cíli a řešením závěrečné vysokoškolské práce a zodpověděl otázky a připomínky oponenta. Otázky komise k obhajobě: 1) k jakým mechanismům dochází při sodiaci? 2) jak si vysvětlujete skokový nárůst kapacity po sodiaci následovaný poklesem? 3) byly provedeny nějaké strukturální analýzy? 4) jakým zůsobem je vyráběn uhlík používaný jako aktivní materiál? 5) jaké bylo množství aktivního materiálu na elektrodách?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Electrical Manufacturing and Management (MPC-EVM)

Composition of Committee

doc. Ing. Petr Bača, Ph.D. (předseda)
Ing. Jiří Libich, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Vyroubal, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Ladislav Chladil, Ph.D. (člen)
Ing. Pavel Čudek, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jiří Libich, Ph.D.

Student Bc. Tomáše Homolka se ve své diplomové práci věnuje výzkumu sodno-iontových baterií. V práci se zaměřuje na charakterizaci záporného (anodového) elektrodového materiálu amorfního uhlíku tzv. hard carbonu pro sodno-iontové baterie.

Student prokázal zájem o danou problematiku spolu se značnou pílí při realizaci experimentů.
Student pracoval samostatně a systematicky. Po obsahové ani formální stránce nemám k diplomové práci připomínek, práci se zdroji a literaturou hodnotím kladně. Celou práci pak hodnotím jako užitečnou a přínosnou.

Student zcela splnil zadání své diplomové práce a jeho diplomovou práci doporučuji přijmout k obhajobě s hodnocením 90 bodů. Points proposed by supervisor: 90

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Ing. Tomáš Binar, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá elektrodovými materiály pro sodno-iontové baterie na bázi uhlíku. V teoretické části se autor věnoval problematice lithium-iontovým a sodno-iontovým bateriím, jejich historií, výhodám a nevýhodám a snažil se o kvalitativní srovnání. Tato část obsahuje zajímavé poznatky z odborné literatury, ale i přes skutečnost, že text má logickou strukturu a je čtivý, se zde ztrácí vlastní psaný text autora. Velmi dobře jsou zde v této části použité obrázky a grafy pro ucelenější popis tématiky. Určitou absencí je i ze strany autora nekladení vlastních vědeckých otázek, na které mohl reagovat v experimentální části práce. V praktické části autor stručně, ale výstižně popsal použité měřící metody (cyklickou voltametrii, galvanostatické cyklování s potenciálovým omezením, proudovou zatížitelnost a elektrochemickou impedanční spektroskopii). V podkapitole 3.3 Příprava elektrod podrobně popsal jejich přípravu, ale mohl zde uvést fotodokumentaci, která se běžně přikládá u laboratorního měření. V poslední části práce jsou uvedeny zajímavé výsledky z provedených měření, jednotlivé dílčí výsledky jsou vhodně interpretovány, snad jen mohly být srovnány s výsledky z vědeckých prací zařazených v databázi Web of  Science, ale tento fakt nijak nesnižuje jejich kvalitu. Stanovené cíle práce student splnil a dosažené výsledky jsou uplatnitelné v teoretické a odborné praxi. Topics for thesis defence:
  1. 1) V diplomové práci uvádíte, že výsledky měření materiálu KURANODE Type 2 (9 µm) byly horší než v případě bakalářské práce, zmiňoval jste vliv vlhkosti, který jste vyloučil, napadají Vás jiné důvody kromě vlhkosti které mohly vést k obecně horším výsledkům tohoto materiálu?
  2. 2) V případě procesu sodiace, jaké změny byste v rámci tohoto procesu navrhl s ohledem na dosažení lepších výsledků, především s ohledem na kapacitu?
Points proposed by reviewer: 90

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová