Los investigadores que trabajan para encontrar alternativas a las baterías de iones de litio han centrado su atención en las baterías de iones de potasio. El potasio es un recurso abundante y la tecnología funciona de manera muy similar a las baterías de iones de litio, pero estas baterías no se han desarrollado a gran escala porque el radio iónico causa problemas en el almacenamiento de energía y un rendimiento electroquímico deficiente.
Para resolver este problema, los investigadores están considerando el NiCo2 Se4 , un seleniuro bimetálico, para crear electrodos en forma de esfera. Las esferas están construidas con NiCo2 Se4 nanotubos, que mejoran la reactividad electroquímica para una transferencia y almacenamiento más rápidos de iones de potasio.
La investigación fue presentada en un artículo publicado en Energy Materials and Devices. el 14 de septiembre.
"Los seleniuros bimetálicos combinan las características de mejora de dos metales, que actúan sinérgicamente al mostrar sitios de reacción redox ricos y altas actividades electroquímicas. Un seleniuro bimetálico, NiCo2 Se4 , se estudió previamente para el almacenamiento de sodio, supercondensadores y electrocatalizadores y presenta un potencial considerable para el almacenamiento de iones de potasio.
"Al sintetizar NiCo2 Se4 "Utilizando un proceso hidrotermal de dos pasos, se desarrolla una estructura de nanotubos con grupos en forma de flores, creando canales convenientes para la transferencia de iones/electrones de potasio", dijo Mingyue Wang, investigador del Centro de Investigación de Ingeniería de Materiales y Dispositivos de Almacenamiento de Energía en Xi'an. Universidad Jiaotong en Xi'an, China.
Inicialmente se preparan esferas precursoras de Ni-Co con nanoagujas sólidas. Estas esferas tienen una estructura cristalina bien definida que luego se expone al seleniuro durante un proceso llamado selenización. Este proceso introduce selenio en el precursor Ni-Co, desarrollando el NiCo2. Se4 carcasa de nanotubos.
Los tubos huecos se forman debido a un fenómeno llamado efecto Kirkendall, que ocurre cuando dos metales se mueven debido a la diferencia en las velocidades de difusión de sus átomos. Estos nanotubos tienen alrededor de 35 nanómetros de ancho, lo que proporciona suficiente espacio para que se transfieran los iones de potasio y los electrones.
A través de una variedad de pruebas y análisis, los investigadores pudieron confirmar qué tan bien el NiCo2 Se4 Los ánodos podrían mover y almacenar iones de potasio y electrones. Descubrieron que el NiCo2 Se4 tiene más sitios activos que otros materiales de electrodos, tenía elementos distribuidos uniformemente y superó a otros electrodos que se probaron durante la investigación.
"El NiCo2 Se4 El electrodo de nanotubos presentó un rendimiento electroquímico mucho mejor en términos de estabilidad cíclica y capacidad de velocidad que otros electrodos probados, incluido el Ni3. Se4 y Co3 Se4 . Esto se debe a que la estructura única de nanotubos de NiCo2 Se4 y la sinergia que ofrece la copresencia de dos metales", afirmó Wang.
Estas contrapartes monometálicas, Ni3 Se4 y Co3 Se4 no tuvieron tanto éxito como los bimetálicos NiCo2 Se4 , simplemente por la forma en que los dos metales (Ni y Co) interactúan entre sí. Nico2 Se4 También tenía una mayor capacidad, lo cual es muy beneficioso para mantener la estabilidad cíclica y el rendimiento de alta tasa.
"Este trabajo ofrece nuevos conocimientos sobre el diseño de seleniuros metálicos binarios micro/nanoestructurados como ánodos para baterías de iones de potasio con un rendimiento extraordinario de almacenamiento de iones de potasio", afirmó Wang.
Más información: Mingyue Wang et al, Mecanismo de conversión de ánodos de esfera de nanotubos de NiCo 2Se 4 para baterías de iones de potasio, Materiales y dispositivos energéticos (2023). DOI:10.26599/EMD.2023.9370001
Proporcionado por Tsinghua University Press
