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Erschienen in: Journal of Electronic Materials 9/2021

16.06.2021 | Original Research Article

Enhancing Sodium Ion Transport in a PEO-Based Solid Polymer Electrolyte System with NaAlO2 Active Fillers

verfasst von: Arvind Kumar Chauhan, Kuldeep Mishra, Deepak Kumar, Amarjeet Singh

Erschienen in: Journal of Electronic Materials | Ausgabe 9/2021

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Abstract

This work reports the effect of sodium aluminate (NaAlO2) filler particles on the ion dynamics of a solid polymer electrolyte system comprising polyethylene oxide, sodium perchlorate (NaClO4) and propylene carbonate. Free-standing flexible polymer electrolyte films were obtained by solution-casting technique. The effect of NaAlO2 fillers in the Na+ transport in the electrolyte system has been investigated using various physical and electrochemical studies. Scanning electron microscopy and X-ray diffraction studies reveal the enhanced amorphicity of the polymer electrolyte system upon dispersion of NaAlO2 fillers. The undispersed polymer electrolyte displays a maximum ionic conductivity of 1.6 × 10−5 S cm−1 at 25°C, which increases to 7.4 × 10−5 S cm−1 on dispersion of 5 wt.% NaAlO2 fillers at 30°C. The ion mobility and enhanced free ion numbers in the dispersed polymer electrolyte system are well-observed in the frequency-dependent dielectric studies. The optimized composition shows a significantly improved Na+ transport number of ~ 0.60 and electrochemical stability window of ~ 4.5 V.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat H. Li, X. Zhang, Z. Zhao, Z. Hu, X. Liu, and G. Yu, Energy Storage Mater. 26, 83 (2020).CrossRef H. Li, X. Zhang, Z. Zhao, Z. Hu, X. Liu, and G. Yu, Energy Storage Mater. 26, 83 (2020).CrossRef
2.
Zurück zum Zitat Y. Liu, Z. Sun, K. Tan, D.K. Denis, J. Sun, L. Liang, L. Hou, and C. Yuan, J. Mater. Chem. A 7, 4353 (2019).CrossRef Y. Liu, Z. Sun, K. Tan, D.K. Denis, J. Sun, L. Liang, L. Hou, and C. Yuan, J. Mater. Chem. A 7, 4353 (2019).CrossRef
3.
Zurück zum Zitat K. Mishra, N. Yadav, and S.A. Hashmi, J. Mater. Chem. A 8, 22507 (2020).CrossRef K. Mishra, N. Yadav, and S.A. Hashmi, J. Mater. Chem. A 8, 22507 (2020).CrossRef
4.
Zurück zum Zitat M.S. Syali, D. Kumar, K. Mishra, and D.K. Kanchan, Energy Storage Mater. 31, 352 (2020).CrossRef M.S. Syali, D. Kumar, K. Mishra, and D.K. Kanchan, Energy Storage Mater. 31, 352 (2020).CrossRef
5.
Zurück zum Zitat F. Gebert, J. Knott, R. Gorkin, S.L. Chou, and S.X. Dou, Energy Storage Mater. 36, 10 (2021).CrossRef F. Gebert, J. Knott, R. Gorkin, S.L. Chou, and S.X. Dou, Energy Storage Mater. 36, 10 (2021).CrossRef
6.
Zurück zum Zitat K.S. Ngai, S. Ramesh, K. Ramesh, and J.C. Juan, Ionics 22, 1259 (2016).CrossRef K.S. Ngai, S. Ramesh, K. Ramesh, and J.C. Juan, Ionics 22, 1259 (2016).CrossRef
7.
8.
Zurück zum Zitat J. Cui, Z. Zhou, M. Jia, X. Chen, C. Shi, N. Zhao, and X. Guo, Polymers 12, 1324 (2020).CrossRef J. Cui, Z. Zhou, M. Jia, X. Chen, C. Shi, N. Zhao, and X. Guo, Polymers 12, 1324 (2020).CrossRef
9.
Zurück zum Zitat B. Liang, S. Tang, Q. Jiang, C. Chen, X. Chen, S. Li, and X. Yan, Electrochem. Acta 169, 334 (2015).CrossRef B. Liang, S. Tang, Q. Jiang, C. Chen, X. Chen, S. Li, and X. Yan, Electrochem. Acta 169, 334 (2015).CrossRef
10.
Zurück zum Zitat Y.L. Ni’mah, M.Y. Cheng, J.H. Cheng, J. Rick, and B.J. Hwang, J. Power Sources 278, 375 (2015).CrossRef Y.L. Ni’mah, M.Y. Cheng, J.H. Cheng, J. Rick, and B.J. Hwang, J. Power Sources 278, 375 (2015).CrossRef
11.
Zurück zum Zitat S.N. Banitaba, D. Semnani, B. Rezaei, and A.A. Ensafi, Polym. Adv. Technol. 30, 1234 (2019).CrossRef S.N. Banitaba, D. Semnani, B. Rezaei, and A.A. Ensafi, Polym. Adv. Technol. 30, 1234 (2019).CrossRef
12.
Zurück zum Zitat M.C. Dimri, D. Kumar, S.B. Aziz, and K. Mishra, Ionics 27, 1143 (2021).CrossRef M.C. Dimri, D. Kumar, S.B. Aziz, and K. Mishra, Ionics 27, 1143 (2021).CrossRef
13.
Zurück zum Zitat F. Croce, L. Persi, B. Scrosati, F. Serraino-Fiory, E. Plichta, and M.A. Hendrickson, Electrochim Acta 46, 2457 (2001).CrossRef F. Croce, L. Persi, B. Scrosati, F. Serraino-Fiory, E. Plichta, and M.A. Hendrickson, Electrochim Acta 46, 2457 (2001).CrossRef
14.
Zurück zum Zitat C. Ma, K. Dai, H. Hou, X. Ji, L. Chen, D.G. Ivey, and W. Wei, Adv. Sci. 5, 1700996 (2018).CrossRef C. Ma, K. Dai, H. Hou, X. Ji, L. Chen, D.G. Ivey, and W. Wei, Adv. Sci. 5, 1700996 (2018).CrossRef
15.
Zurück zum Zitat I. Nicotera, C. Simari, M. Agostini, A. Enotiadis, and S. Brutti, J. Phys. Chem. C 123, 27406 (2019).CrossRef I. Nicotera, C. Simari, M. Agostini, A. Enotiadis, and S. Brutti, J. Phys. Chem. C 123, 27406 (2019).CrossRef
16.
Zurück zum Zitat Z. Zhang, K. Xu, X. Rong, Y.S. Hu, H. Li, X. Huang, and L. Chen, J. Power Sources 372, 270 (2017).CrossRef Z. Zhang, K. Xu, X. Rong, Y.S. Hu, H. Li, X. Huang, and L. Chen, J. Power Sources 372, 270 (2017).CrossRef
17.
Zurück zum Zitat Y. Wang, Z. Wang, J. Sun, F. Zheng, M. Kotobuki, T. Wu, K. Zeng, and L. Lu, J. Power Sources 454, 227949 (2020).CrossRef Y. Wang, Z. Wang, J. Sun, F. Zheng, M. Kotobuki, T. Wu, K. Zeng, and L. Lu, J. Power Sources 454, 227949 (2020).CrossRef
18.
Zurück zum Zitat S.A. Hashmi, M.Y. Bhat, M.K. Singh, N.T. Kalyana Sundaram, B.P.C. Raghupathy, and H. Tanaka, J. Solid State Electrochem. 20, 2817 (2016).CrossRef S.A. Hashmi, M.Y. Bhat, M.K. Singh, N.T. Kalyana Sundaram, B.P.C. Raghupathy, and H. Tanaka, J. Solid State Electrochem. 20, 2817 (2016).CrossRef
19.
Zurück zum Zitat A.K. Chauhan, D. Kumar, K. Mishra, and A. Singh, Mater. Today Comm. 26, 101713 (2021).CrossRef A.K. Chauhan, D. Kumar, K. Mishra, and A. Singh, Mater. Today Comm. 26, 101713 (2021).CrossRef
20.
21.
Zurück zum Zitat P.G. Bruce, J. Evans, and C.A. Vincent, Solid State Ion. 28–30, 918 (1988).CrossRef P.G. Bruce, J. Evans, and C.A. Vincent, Solid State Ion. 28–30, 918 (1988).CrossRef
22.
Zurück zum Zitat M. Marzantowicz, J.R. Dygas, F. Krok, J.L. Nowinski, A. Tomaszewska, Z. Florjanczyk, and E.Z. Monikowska, J. Power Sources 159, 420 (2006).CrossRef M. Marzantowicz, J.R. Dygas, F. Krok, J.L. Nowinski, A. Tomaszewska, Z. Florjanczyk, and E.Z. Monikowska, J. Power Sources 159, 420 (2006).CrossRef
23.
Zurück zum Zitat M.S. Lisowski, Q. Liu, J. Cho, J. Runt, F. Yeh, and B.S. Hsiao, Macromolecules 33, 4842 (2000).CrossRef M.S. Lisowski, Q. Liu, J. Cho, J. Runt, F. Yeh, and B.S. Hsiao, Macromolecules 33, 4842 (2000).CrossRef
24.
25.
Zurück zum Zitat Z. Liu, X. Wang, J. Chen, Y. Tang, Z. Mao, D. Wang, and A.C.S. Appl, Energy Mater. 4, 623 (2021). Z. Liu, X. Wang, J. Chen, Y. Tang, Z. Mao, D. Wang, and A.C.S. Appl, Energy Mater. 4, 623 (2021).
26.
Zurück zum Zitat S.B. Aziz, T.J. Woo, M.F.Z. Kadir, and H.M. Ahmed, J. Sci. Adv. Mater. Dev. 3, 1 (2018). S.B. Aziz, T.J. Woo, M.F.Z. Kadir, and H.M. Ahmed, J. Sci. Adv. Mater. Dev. 3, 1 (2018).
27.
Zurück zum Zitat S. Patra, P. Thakur, B. Soman, A.B. Puthirath, P.M. Ajayan, S. Mogurampelly, V.K. Chethan, and T.N. Narayanan, RSC Adv. 9, 38646 (2019).CrossRef S. Patra, P. Thakur, B. Soman, A.B. Puthirath, P.M. Ajayan, S. Mogurampelly, V.K. Chethan, and T.N. Narayanan, RSC Adv. 9, 38646 (2019).CrossRef
28.
Zurück zum Zitat M.A. Brza, S.B. Aziz, M.M. Nofal, S.R. Saeed, S. Al-Zangana, W.O. Karim, S.A. Hussen, R.T. Abdulwahid, and M.F.Z. Kadir, Polymers 12, 1885 (2020).CrossRef M.A. Brza, S.B. Aziz, M.M. Nofal, S.R. Saeed, S. Al-Zangana, W.O. Karim, S.A. Hussen, R.T. Abdulwahid, and M.F.Z. Kadir, Polymers 12, 1885 (2020).CrossRef
29.
Zurück zum Zitat A. Kumar, M. Madaan, A. Arya, S. Tanwar, and A.L. Sharma, J. Mater. Sci. Mater. Electron. 31, 10873 (2020).CrossRef A. Kumar, M. Madaan, A. Arya, S. Tanwar, and A.L. Sharma, J. Mater. Sci. Mater. Electron. 31, 10873 (2020).CrossRef
30.
Zurück zum Zitat P. Singh, P.N. Gupta, and A.L. Saroj, Phys. B Condens. Matter 578, 411850 (2020).CrossRef P. Singh, P.N. Gupta, and A.L. Saroj, Phys. B Condens. Matter 578, 411850 (2020).CrossRef
32.
Zurück zum Zitat R. Kumar, and S.A. Suthanthiraraj, J. Non-Cyst. Solids 405, 76 (2014).CrossRef R. Kumar, and S.A. Suthanthiraraj, J. Non-Cyst. Solids 405, 76 (2014).CrossRef
33.
Zurück zum Zitat N. Srivastava, and M. Kumar, Solid State Electrochem. 20, 1421 (2016).CrossRef N. Srivastava, and M. Kumar, Solid State Electrochem. 20, 1421 (2016).CrossRef
35.
Zurück zum Zitat Y.Y. Wang, A.L. Agapov, F. Fan, K. Hong, X. Yu, J. Mays, and A.P. Sokolov, Phys. Rev. Lett. 108, 088303 (2012).CrossRef Y.Y. Wang, A.L. Agapov, F. Fan, K. Hong, X. Yu, J. Mays, and A.P. Sokolov, Phys. Rev. Lett. 108, 088303 (2012).CrossRef
36.
Zurück zum Zitat M. Kumar, T. Tiwari, A.K. Chauhan, and N. Srivastava, Mater. Res. Express 1, 045003 (2014).CrossRef M. Kumar, T. Tiwari, A.K. Chauhan, and N. Srivastava, Mater. Res. Express 1, 045003 (2014).CrossRef
Metadaten
Titel
Enhancing Sodium Ion Transport in a PEO-Based Solid Polymer Electrolyte System with NaAlO2 Active Fillers
verfasst von
Arvind Kumar Chauhan
Kuldeep Mishra
Deepak Kumar
Amarjeet Singh
Publikationsdatum
16.06.2021
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Electronic Materials / Ausgabe 9/2021
Print ISSN: 0361-5235
Elektronische ISSN: 1543-186X
DOI
https://doi.org/10.1007/s11664-021-09051-y

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