Master's Thesis

Negative electrode for sodium-ion batteries

Final Thesis 14.32 MB

Author of thesis: Ing. Jan Jilčík

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Petr Bača, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jiří Libich, Ph.D.

Abstract:

This master's thesis focuses on sodium-ion batteries. Sodium-ion batteries belong to the category of so-called post-lithium systems and are highly promising. The thesis includes a description of the sodium-ion battery and an introduction to basic electrode materials. Furthermore, the issue of anode materials for sodium-ion batteries is discussed in detail. Lead is introduced as a promising electrode material for these systems. The theoretical
part investigates the phase transition mechanisms in the Na–Pb system and electrolytes for lead electrode. The experimental part explores the feasibility of utilizing spongy electrodes derived from lead-acid batteries and examines the performance of lead foil in three different electrolyte systems. The results revealed that spongy electrodes from lead acid batteries are unsuitable due to surface passivation, unfavourable geometry. Regarding the lead foil testing, it was concluded that a carbonate solvent-based electrolyte
appears to be the most promising, as the system exhibited the best electrochemical performance, although at the cost of significant degradation caused by volume changes.

Keywords:

Sodium-ion batteries, negative electrode, anode, lead, electrolyte

Date of defence

09.06.2026

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 a komise. Otázky komise k obhajobě: 1. Jaké rychlosti jste používal při cyklování? 2. Proč jste použil několik různých ryhclostí cyklování?

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. Robert Bayer, PhD. (člen)
Ing. Helena Polsterová, CSc. (člen)
doc. Ing. Vítězslav Novák, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Křivík, Ph.D. (místopředseda)

Supervisor’s report
doc. Ing. Petr Bača, Ph.D.

Student Jan Jilčík se ve své diplomové práci zaměřuje na využití olova jako vhodného materiálu pro zápornou elektrodu sodno-iontových (Na-Ion) akumulátorů. Na-Ion akumulátory jsou v současnosti považovány za jeden z perspektivních systémů pro ukládání energie, které mají ambici konkurovat Li-Ion akumulátorům v oblasti stacionárních úložišť. Jednou z hlavních technologických výzev u Na-Ion akumulátorů je právě záporná elektroda, jež během provozu podléhá velkým objemovým změnám. Olovo přitom představuje jednoho z vhodných kandidátů. Cílem diplomové práce je příprava a experimentální ověření vlastností záporných olověných elektrod. Výsledky práce přinášejí nové poznatky do problematiky slitinových anodových materiálů na bázi olova.

Student provedl veškeré experimentální práce na pracovištích elektrochemických zdrojů energie Ústavu elektrotechnologie. Zařízení i podmínky měření úspěšně přizpůsobil přístrojovému vybavení a možnostem těchto laboratoří.

Na základě výsledků experimentů student zpracoval diplomovou práci v rozsahu 117 stran a rozčlenil ji do osmi základních kapitol. Teoretická část obsahuje představení problematiky sodno-iontových akumulátorů s detailním rozborem jednotlivých komponent, vhodných materiálů a kritických vlastností. Součástí je také podrobné pojednání o olovu, jeho vlastnostech a chování v roli slitinového anodového materiálu. Praktická část popisuje elektrochemické testovací metody, výrobu olověných elektrod různé konstrukce, přípravu experimentálních poločlánků a následnou charakterizaci i ověřování jejich vlastností. V závěrečné části se student věnuje vyhodnocení provedených experimentů a definuje další perspektivní směry výzkumu v této oblasti.

Požadavky zadání student splnil v plném rozsahu. V průběhu řešení postupoval s hlubokým zájmem o zpracovávanou problematiku a k řešení problémů přistupoval zcela samostatně a s vysokou iniciativou. Práce je sepsána pečlivě a přehledně, přes drobné nedostatky je její vnější úprava i grafické zpracování na dobré úrovni. Odborná úroveň odpovídá znalostem získaným v daném studijním oboru.

Předložená práce a její zpracování splňují všechny požadavky kladené na diplomovou práci. Práci proto doporučuji k obhajobě. Points proposed by supervisor: 96

Grade proposed by supervisor: A

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

Posudek diplomové práce


Téma diplomové práce: Záporná elektroda pro sodno-iontové akumulátory

Diplomovou práci vypracoval: Bc. Jan Jilčík

Práce je zaměřena na experimentální výzkum elektrodových materiálů pro sodno-iontové baterie, konkrétně pak na zápornou elektrodu. Zadání diplomové práce hodnotím jako aktuální a přínosné.

Teoretická část práce představuje srozumitelně a logicky strukturovaný úvod do problematiky sodno-iontových baterií a jejich materiálů.

Experimentální část obsahuje sérii pokusů založených na použití olova (v různých formách) v kombinaci s různými aprotickými elektrolyty. Koncept experimentů a související metodiky měření hodnotím jako relevantní a adekvátní. K obsahové stránce bych poznamenal:
-    výstupy PEIS by zasloužili detailnější popis a analýzu
-    pochvalu si zaslouží přehledová tabulka 3 na straně 52 sumarizující
-    metoda pre-sodiace se jeví jako slibná technika, nicméně i zde by neškodil detailnější popis a ilustrace procesu
-    v práci postrádám pro olověnou folii obdobnou shrnující tabulku jaká je v práci pro houbovité olovo


Po formální a jazykové stránce spatřuji v práci nedostatky:
-    po jazykové stránce se úroveň práce jeví přinejlepším průměrná
-    z pohledu struktury považuji samostatně stojící obrázek na straně 16 s popiskem „Dendrity“ za poněkud nešťastný. Není důvod pro to, aby byla polovina strany prázdná, popis obrázku považuji za nedostačující
-    zarovnání popisku obrázků by mělo být na střed viz Obrázek 26 na straně 45


I přes výše uvedené drobné výtky doporučuji přijmout diplomovou práci k obhajobě s hodnocením 90 bodů -A. Topics for thesis defence:
  1. Jaké jsou možnosti eliminování objemových změn u materiálu-Pb?
  2. Jakým způsobem je možné odstranit rezidua síry v houbovité formě olova?
Points proposed by reviewer: 90

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová