Los investigadores desarrollaron un material de cátodo altamente estable para el almacenamiento de sodio. Crédito:SUTD
Con la mejora continua de la electrónica, el desarrollo de fuentes de alimentación de alta energía se ha convertido en un eslabón clave en el desarrollo futuro de la ciencia y la tecnología. Sin embargo, la escasez de recursos de litio y la dificultad del reciclaje se han convertido en factores importantes que limitan su desarrollo.
Baterías recargables sin base de litio con un suministro inagotable de materias primas, como las baterías de iones de sodio (SIB), han atraído una amplia atención en los últimos años. Como determinante crítico para la producción de energía de los SIB, el desarrollo de los cátodos ha avanzado mucho, incluyendo materiales en capas, polianiones y análogos de azul de Prusia (PBA), etc.
Entre estos cátodos, Análogos de azul de Prusia basados en Mn (PBA de Mn-Fe, N / A 2 Mn [Fe (CN) 6 ]) representan uno de los materiales de cátodos más prometedores para los SIB debido a su mayor capacidad teórica y variación de volumen adaptativo. Sin embargo, Los PBA de Mn-Fe adolecen de una mala reversibilidad de los ciclos y de retención de la capacidad durante la transición de fase de la fase cúbica a la tetragonal. que se relaciona con la gran deformación estructural de Mn-N 6 octaedros causados por la distorsión de Jahn-Teller.
Los esfuerzos anteriores para suprimir la gran deformación estructural se centraron principalmente en la estructura de fase optimizada o el reemplazo atómico parcial, pero estos métodos no pudieron mantener un ciclo estable mientras mantenían una alta capacidad, que es necesario para la aplicación práctica de baterías.
En el estudio que se publicó en Chem , los investigadores han desarrollado una estrategia controlable para crear vacantes de Mn de cationes no convencionales (VMn) en PBA de Mn-Fe mediante el uso de un agente quelante fuerte, ácido etilendiaminotraacético disódico (Na 2 EDTA). El VMn en los PBA de Mn-Fe podría restringir el movimiento de los enlaces Mn-N y, por lo tanto, mitigar la distorsión de Jahn-Teller de Mn-N 6 octaedros, lo que lleva a transiciones de fase altamente reversibles de NMF, así como a una excelente estabilidad cíclica a largo plazo y retención de la capacidad (consulte la imagen).
Debido al fuerte efecto quelante del EDTA 2 - , Minnesota 2 + y EDTA 2 - quelado para formar un octaedro de seis coordenadas altamente estable que no solo ralentiza en gran medida la tasa de liberación de Mn 2 + así como la tasa de formación de EDTA-NMF, pero también elimina los átomos de Mn de la red cristalina. A medida que avanza la reacción, la fuerte coordinación de Na 2 EDTA continuaría grabando el NMF y creando más VMn en la superficie.
El VMn en los PBA de Mn-Fe podría actuar como la primera barrera para evitar el daño estructural durante el ciclo de la batería. Como resultado, los PBA de Mn-Fe exhibieron una excelente estabilidad cíclica a largo plazo y retención de capacidad para ambas semiceldas (72,3% después de 2700 ciclos a 0,5 A g -1 ) y celda completa (75,5% después de 550 ciclos a 0,1 A g -1 ).
"Teniendo en cuenta la fácil síntesis y la gran diversidad de los PBA, Este trabajo no solo promueve metodologías sintéticas creativas para la ingeniería de defectos o vacantes controlables, pero también abre vías ilimitadas para explorar la relación entre estructura, vacantes y desempeños electroquímicos en materiales más allá de los PBA, ", dijo el autor principal, profesor asociado Yang Hui Ying de SUTD.
