En luftstabil enkelt-krystal lagdelt oxidkatode baseret på multifunktionel strukturel modulering

Natrium-ion-batterier (SIB'er) betragtes som et lovende energilagringssystem på grund af deres overlegne sikkerhedsegenskaber, lave pris og rigelige natriumforsyninger, mens udviklingen af ​​elektrodematerialer spiller en kritisk funktion i SIB'ers ydeevne.

P2-Na_2/3 Ni_1/3 Mn_2/3 O₂ er et typisk lagdelt oxidkatodemateriale til SIB'er, kendetegnet ved dets unikke strukturelle egenskaber, der giver hurtige iontransportveje og lavere diffusionsbarrierer for Na ⁺ ioner. Derfor har det fået betydelig opmærksomhed fra adskillige forskere.

Imidlertid står dette materiale også over for udfordringer såsom kompleks flerfaseovergang og irreversible anion-redox-processer, som begrænser dets elektrokemiske ydeevne. Derfor er der et presserende behov for at udvikle effektive strategier til at modificere dette materiale for at forbedre dets praktiske funktion.

Nu, i en nylig undersøgelse offentliggjort i Science China Chemistry , ledet af professor Yao Xiao fra College of Chemistry and Materials Engineering ved Wenzhou University, har et team af forskere foreslået en strategi for Ti-substitueret-forstærkning af den enkeltkrystallinske vækst og designet en hydrostabil ~10 μm enkeltkrystal P2-Na_2/3 Ni_1/3 Mn_1/3 Ti_1/3 O₂ katodemateriale som prototype.

"Ifølge Vegards lov ændres gitterparameteren af ​​bestanddelene med lignende absolutte Vegards hældning af systemet. Ellers kan de koncentrerede dopingstoffer migrere til overfladerne og skabe en eutektisk film, der har et lavere smeltepunkt end de to rene komponenter, og det vil sige, at der ikke er nogen form for smeltepunkt." hvilket er gavnligt for grænsefladen atomdiffusion og krystalvækst Derfor er det rimeligt at formode, at Ti ⁴⁺ med større Vegards skråninger kunne fremme krystalvæksten af ​​katoder," siger Xiao.

Undersøgelsen fokuserede på dannelsesprocessen, elektrokemisk adfærd, strukturel udvikling og luftstabilitet af P2-Na_2/3 Ni_1/3 Mn_1/3 Ti_1/3 O₂ gennem avancerede karakteriseringsteknikker og udforsket forholdet mellem dets struktur, funktion og egenskaber.

Resultaterne viste, at substitution af Ti er gavnlig til at generere store korn, undertrykke multiple faseovergange og hæmme irreversibel anion-redox gennem strukturel regulering. Det opnåede materiale viser ikke kun en høj energitæthed og leverer god cyklusydelse, men forbedrer også i høj grad Na ⁺ transportkinetik og luftstabilitet.

Samlet set kan denne undersøgelse give indsigt i multifunktionel strukturel modulering til udvikling af højtydende natriumbaserede lagdelte katodematerialer til praktiske anvendelser.

Flere oplysninger: Yi-Feng Liu et al., En luftstabil enkeltkrystallagdelt oxidkatode baseret på multifunktionel strukturel modulation til natriumion-batterier med høj energidensitet, Science China Chemistry (2024). DOI:10.1007/s11426-023-1891-4

Leveret af Science China Press