I ricercatori hanno sviluppato un materiale catodico altamente stabile per lo stoccaggio del sodio. Attestazione:SUTD
Con il continuo miglioramento dell'elettronica, lo sviluppo di alimentatori ad alta energia è diventato un collegamento chiave nel futuro sviluppo della scienza e della tecnologia. Però, la scarsità di risorse di litio e la difficoltà di riciclaggio sono diventati fattori importanti nel limitarne lo sviluppo.
Batterie ricaricabili non a base di litio con un approvvigionamento inesauribile di materie prime, come le batterie agli ioni di sodio (SIB), hanno attirato una vasta attenzione negli ultimi anni. Come determinante critico per la produzione di energia dei SIB, lo sviluppo dei catodi ha compiuto entusiasmanti progressi, compresi i materiali stratificati, polianioni e analoghi del blu di Prussia (PBA), eccetera.
Tra questi catodi, Analoghi del blu di Prussia a base di Mn (Mn-Fe PBA, N / A 2 Mn[Fe(CN) 6 ]) rappresentano uno dei materiali catodici più promettenti per i SIB grazie alla loro maggiore capacità teorica e alla variazione di volume adattativa. Però, I PBA Mn-Fe soffrono di scarsa reversibilità ciclica e ritenzione di capacità durante la transizione di fase dalla fase cubica a quella tetragonale, che è legato alla grande deformazione strutturale di Mn-N 6 ottaedri causati dalla distorsione di Jahn-Teller.
Gli sforzi precedenti per sopprimere la grande deformazione strutturale si concentravano principalmente sulla struttura di fase ottimizzata o sulla sostituzione atomica parziale, ma questi metodi non potevano mantenere un ciclo stabile pur mantenendo una capacità elevata, che è necessario per l'applicazione pratica delle batterie.
Nello studio pubblicato su chimica , i ricercatori hanno sviluppato una strategia controllabile per creare posti vacanti di cationi Mn (VMn) non convenzionali sui PBA Mn-Fe utilizzando un forte agente chelante, acido etilendiamminotetraacetico disodio (Na 2 EDTA). Il VMn nei PBA Mn-Fe potrebbe limitare il movimento dei legami Mn-N e quindi mitigare la distorsione di Jahn-Teller di Mn-N 6 ottaedri, portando a transizioni di fase altamente reversibili di NMF, nonché a un'eccezionale stabilità del ciclo a lungo termine e ritenzione di capacità (fare riferimento all'immagine).
A causa del forte effetto chelante dell'EDTA 2 - , mn 2 + e EDTA 2 - chelato per formare un ottaedro a sei coordinate altamente stabile che non solo rallenta notevolmente la velocità di rilascio di Mn 2 + così come il tasso di formazione di EDTA-NMF, ma rimuove anche gli atomi di Mn dal reticolo cristallino. Man mano che la reazione procede, il forte coordinamento di Na 2 EDTA continuerebbe a incidere l'NMF e a creare più VMn in superficie.
Il VMn nei PBA Mn-Fe potrebbe fungere da prima barriera per prevenire il danno strutturale durante il ciclo della batteria. Di conseguenza, i PBA Mn-Fe hanno mostrato un'eccezionale stabilità ciclica a lungo termine e ritenzione di capacità per entrambe le semicelle (72,3% dopo 2700 cicli a 0,5 A g -1 ) e full-cell (75,5% dopo 550 cicli a 0,1 A g -1 ).
"Considerando la facile sintesi e la grande diversità dei PBA, questo lavoro non solo promuove metodologie sintetiche creative per l'ingegneria dei difetti controllabili o dei posti vacanti, ma apre anche strade illimitate per esplorare la relazione tra struttura, posti vacanti e prestazioni elettrochimiche in materiali oltre i PBA, ", ha affermato l'autore principale, il professore associato Yang Hui Ying di SUTD.
