• Home
  • Química
  • Astronomía
  • Energía
  • Naturaleza
  • Biología
  • Física
  • Electrónica
  •  science >> Ciencia >  >> Química
    La mezcla de cationes induce un almacenamiento de sodio altamente eficiente para cátodos estratificados

    Evolución estructural del electrodo NNCT durante el primer ciclo. Patrones XRD in situ recopilados para el electrodo NNCT ciclados en el rango de voltaje de 2.0-4.0 V (a); Imágenes STEM de lo prístino (abajo), completamente cargado (medio), y electrodos NNCT (superior) completamente descargados (b) y los correspondientes perfiles de línea (c); Ilustración esquemática de la evolución estructural del electrodo NNCT durante la carga / descarga (d). Crédito:Science China Press

    El sodio es uno de los elementos más abundantes, ampliamente distribuida en la Tierra y en el océano. Por lo tanto, Las baterías de iones de sodio atraen mucha atención para su aplicación en almacenamiento de energía a gran escala. Los cátodos más populares para los SIB, es decir., los óxidos que contienen sodio en capas, Por lo general, presentan una reordenación de host reversible entre apilamiento tipo P y tipo O al cargar / descargar. Tal reordenamiento del anfitrión es desfavorable debido a varios factores:(1) La fase de tipo O es indeseable en relación con la de tipo P, ya que este último posee un marco más abierto para el transporte de iones de Na; (2) Los reordenamientos de la estructura del huésped indican una dinámica de reacción lenta, lo que contribuye a la histéresis de voltaje y la capacidad de baja velocidad del electrodo; (3) La gran variación en los parámetros de la red entre el tipo P y el tipo O conduce a la deformación elástica, provocando la pérdida de material activo y la capacidad resultante se desvanecen.

    Sobre la base de las razones anteriores, El grupo de Haoshen Zhou y Shaohua Guo de la Universidad de Nanjing sintetizó el Na de tipo O3 0,8 Ni 0,3 Co 0,1 Ti 0,6 O 2 (NNCT), y descubrió que el electrodo NNCT exhibía la característica de mezcla de cationes al introducir iones de metales de transición en las capas de Na durante la carga inicial, suprimiendo así el reordenamiento del anfitrión tras la carga / descarga por el "efecto de fijación" inducido. Es más, la fase de tipo O es indeseable en relación con la de tipo P, ya que este último posee un marco más abierto para el transporte de iones de Na. Como consecuencia, el NNCT con apilamiento P3 estable después del proceso de carga inicial exhibe una capacidad de velocidad superior, alta eficiencia energética y excelente rendimiento cíclico. Este grupo caracterizó la evolución estructural durante la inserción / extracción electroquímica de sodio mediante experimentos de XRD in situ y STEM ex situ. La figura 1 muestra la evolución estructural del electrodo NNCT durante el primer ciclo. NNCT se transforma en tipo P3 en el proceso de carga inicial al igual que la mayoría de los demás, pero mantiene inesperadamente el apilamiento P3 en los ciclos posteriores. Los resultados de STEM indican la presencia de iones de metales de transición en las capas de sodio en el electrodo NNCT cargado, exhibiendo el fenómeno de mezcla de cationes.

    Las prestaciones electroquímicas de los cátodos NNT y NNCT se estudiaron comparativamente en la Fig. 2. Las curvas casi superpuestas sugieren la alta reversibilidad de NNCT con una capacidad reversible de 92 mAh * g-1 a una velocidad de 0,05ºC. Las curvas de descarga muestran una retención de alta capacidad (92 por ciento) y se observa una degradación de voltaje insignificante (0.03V) durante 300 ciclos. La eficiencia energética de ida y vuelta se estabiliza en un 93 por ciento para el electrodo NNCT, y la eficiencia Coulombic del cátodo NNCT es de alrededor del 99,7 por ciento. Más importante, El cátodo NNCT realiza un excelente rendimiento cíclico a largo plazo, es decir., Retención de capacidad del 98 por ciento después de 1000 ciclos.

    Este trabajo propone que el "efecto de fijación" inducido por la introducción de la mezcla de cationes podría suprimir eficazmente la transición de fase y la disposición relativa del hospedador. mejorando así en gran medida la estabilidad estructural. Los hallazgos subrayan el papel fundamental del marco de almacenamiento estable de sodio, y también abrir un nuevo camino para el diseño de materiales de almacenamiento de energía de alta eficiencia.

    (a) Los perfiles de voltaje típicos de NNT a una tasa de 0.05C. (b) La capacidad de tasa de NNT. (c) Las curvas de descarga de NNT en el primero y cada 25 ciclos con una tasa de 0.5C, hasta 300 ciclos. (d) Los perfiles de voltaje típicos de la región NNCT a una tasa de 0.05C. (e) La capacidad de tasa de NNCT. (f) Las curvas de descarga de NNCT en el primero y cada 25 ciclos con una tasa de 0.5C, hasta 300 ciclos. (g) Las curvas de eficiencia energética de ida y vuelta de los electrodos NNCT y NNT a una tasa de 0.5C durante 100 ciclos. (h) El rendimiento de ciclo largo y la eficiencia Coulombic de NNCT para 1, 000 ciclos a las tasas de 5C. Crédito:Science China Press




    © Ciencia http://es.scienceaq.com