“Alloy based anodes for sustainable post Lithium-ion batteries”

In this PhD thesis, new hybrid nanostructured materials based on GeFe2O4 were investigated to be used as anodes in sodium-ion batteries (SIBs). The structural and morphological characteristics of the materials were analyzed and correlated with their electrochemical performance. Furthermore, the effect of introducing dopant elements such as Sn, Mg, and Mn into the crystalline structure was studied, achieving promising electrochemical performance at low C-rates. Self-standing electrodes containing GeFe2O4 particles dispersed in a carbon nanofiber matrix were also fabricated improving the robustness and performance of the electrodes in SIBs. In parallel, the research activity focused on the study of Sn/carbon composites obtained through various synthesis methods, aiming to reduce the expansion of Sn particles during sodiation. In this regard, new self-standing electrodes were designed using different carbonaceous substrates.

In questa tesi di dottorato sono stati investigati nuovi materiali ibridi nanostrutturati a base di GeFe2O4 da utilizzare come anodi in batterie a ioni di sodio (SIBs). Le caratteristiche strutturali e morfologiche dei materiali sono state analizzate e correlate con le prestazioni elettrochimiche. Inoltre, è stato studiato l’effetto dell’introduzione nella struttura cristallina di elementi dopanti come Sn, Mg e Mn, ottenendo prestazioni elettrochimiche promettenti particolarmente a bassi C-rate. Elettrodi self-standing contenti particelle di GeFe2O4 disperse in matrice di nanofibre di carbonio sono inoltre stati realizzati, migliorando la robustezza e le prestazioni degli elettrodi nelle SIBs. Parallelamente, l'attività di ricerca è stata focalizzata anche sullo studio di compositi Sn/carbonio ottenuti attraverso vari metodi di sintesi, con l'obiettivo di ridurre l'espansione delle particelle di Sn durante la sodiazione, che è il principale problema che porta al corto circuito della cella. A tal proposito, sono stati progettati nuovi elettrodi autoportanti utilizzando differenti substrati carboniosi.