Vysoko-entropické materiály pro Li-ion a Na-ion akumulátory

Abstract

Diplomová práce je věnována studiu Li-ion a Na-ion akumulátorů, se zvláštním důrazem na jejich katodové a anodové materiály. Práce podrobně zkoumá vlastnosti různých typů akumulátorů, včetně jejich konstrukčních vlastností, provozních parametrů, výhod a nevýhod, což umožňuje porozumět aktuálním výzvám a směrům vývoje v oblasti systémů akumulace energie. Zvláštní pozornost je věnována vysoceentropickým oxidovým materiálům — nové třídě multikomponentních sloučenin, které díky své strukturální složitosti a vysoké entropii vykazují jedinečné elektrochemické a mechanické vlastnosti. Práce popisuje metody jejich syntézy, včetně pevnostního (solid-state), solvotermálního a sol-gel přístupu, a také používané analytické metody, jako jsou galvanostatické testování, cyklická voltametrie, elektrochemická impedanční spektroskopie a skenovací elektronová mikroskopie (SEM). Praktická část zahrnuje výrobu elektrod na bázi vysoceentropických oxidů, jejich sestavení do prototypových článků a provedení komplexních elektrochemických měření. Analýza získaných dat umožnila identifikovat charakteristické vlastnosti chování materiálů v různých konfiguracích a určit jejich stabilitu, kapacitu a účinnost za podmínek cyklického testování. Získané výsledky ukazují na perspektivní potenciál využití vysoceentropických oxidů v akumulátorových systémech nové generace.

The master’s thesis is aimed at the study of Li-ion and Na-ion batteries, with special attention given to their cathode and anode materials. The thesis provides a detailed examination of the properties of various types of batteries, including their structural features, operating characteristics, advantages, and disadvantages, offering insights into current challenges and development directions in the field of energy storage systems. A particular focus is placed on high-entropy oxide materials — a new class of multicomponent compounds that, due to their structural complexity and high entropy, possess unique electrochemical and mechanical properties. The work describes methods for their synthesis, including solid-state, solvothermal, and sol-gel approaches, as well as the analytical methods used, such as galvanostatic testing, cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy and scanning electron microscopy (SEM). The practical part involves the fabrication of electrodes based on high-entropy oxides, their assembly into prototype cells, and the conduction of comprehensive electrochemical measurements. Analysis of the obtained data made it possible to identify the characteristic behavior of the materials in various configurations and to determine their stability, capacity, and efficiency under cyclic testing conditions. The results obtained demonstrate the promising potential of high-entropy oxides for use in next-generation battery systems.