Wetenschap
Een luchtstabiele monokristallijne gelaagde oxidekathode gebaseerd op multifunctionele structurele modulatie
Natriumionbatterijen (SIB's) worden beschouwd als een veelbelovend energieopslagsysteem vanwege hun superieure veiligheidseigenschappen, lage prijs en overvloedige natriumvoorraden, terwijl de ontwikkeling van elektrodematerialen een cruciale rol speelt in de prestaties van SIB's.
P2-Na2/3 Ni1/3 Mn2/3 O2 is een typisch gelaagd oxidekathodemateriaal voor SIB's, gekenmerkt door zijn unieke structurele kenmerken die zorgen voor snelle ionentransportroutes en lagere diffusiebarrières voor Na + ionen. Bijgevolg heeft het veel aandacht gekregen van talloze onderzoekers.
Dit materiaal wordt echter ook geconfronteerd met uitdagingen zoals complexe meerfasenovergang en onomkeerbare anion-redoxprocessen, die de elektrochemische prestaties ervan beperken. Daarom is er een dringende behoefte aan het ontwikkelen van effectieve strategieën om dit materiaal aan te passen om de bruikbaarheid ervan te vergroten.
Dat blijkt uit een recente studie gepubliceerd in Science China Chemistry , onder leiding van professor Yao Xiao van het College of Chemistry and Materials Engineering aan de Wenzhou Universiteit, heeft een team van onderzoekers een strategie voorgesteld om de monokristallijne groei te stimuleren door Ti-gesubstitueerd en een hydrostabiel ~10 μm monokristallijn P2-Na2/3 Ni1/3 Mn1/3 Ti1/3 O2 kathodemateriaal als prototype.
"Volgens de wet van Vegard wordt de roosterparameter veranderd door de bestanddelen met een vergelijkbare absolute Vegard-helling van het systeem. Anders kunnen de geconcentreerde doteerstoffen naar de oppervlakken migreren en een eutectische film creëren die een lager smeltpunt heeft dan de twee zuivere componenten. wat gunstig is voor de atomaire diffusie en kristalgroei op het grensvlak. Daarom is het redelijk om te vermoeden dat Ti 4+ met grotere hellingen van Vegard zouden de kristalgroei van kathodes kunnen bevorderen", zegt Xiao.
Het onderzoek richtte zich op het vormingsproces, het elektrochemisch gedrag, de structurele evolutie en de luchtstabiliteit van P2-Na2/3 Ni1/3 Mn1/3 Ti1/3 O2 door middel van geavanceerde karakteriseringstechnieken, en onderzocht de relatie tussen de structuur, functie en eigenschappen ervan.
De resultaten toonden aan dat de vervanging van Ti gunstig is voor het genereren van grote korrels, het onderdrukken van meerdere faseovergangen en het remmen van onomkeerbare anion-redox door middel van structurele regulatie. Het verkregen materiaal vertoont niet alleen een hoge energiedichtheid en levert goede cyclusprestaties, maar verbetert ook de Na + aanzienlijk transportkinetiek en luchtstabiliteit.
Over het geheel genomen kan deze studie inzicht verschaffen in multifunctionele structurele modulatie voor de ontwikkeling van hoogwaardige, op natrium gebaseerde gelaagde kathodematerialen voor praktische toepassingen.