I ricercatori che stanno lavorando per trovare alternative alle batterie agli ioni di litio hanno rivolto la loro attenzione alle batterie agli ioni di potassio. Il potassio è una risorsa abbondante e la tecnologia funziona più o meno allo stesso modo delle batterie agli ioni di litio, ma queste batterie non sono state sviluppate su larga scala perché il raggio ionico causa problemi di accumulo di energia e prestazioni elettrochimiche inferiori agli standard.
Per risolvere questo problema, i ricercatori stanno prendendo in considerazione il NiCo2 Vedi4 , un seleniuro bimetallico, per creare elettrodi a forma di sfera. Le sfere sono costruite con NiCo2 Vedi4 nanotubi, che migliorano la reattività elettrochimica per un trasferimento e uno stoccaggio più rapidi degli ioni di potassio.
La ricerca è stata presentata in un articolo pubblicato su Energy Materials and Devices il 14 settembre.
"I seleniuri bimetallici combinano le caratteristiche migliorative di due metalli, che sinergizzano mostrando ricchi siti di reazione redox ed elevate attività elettrochimiche. Un seleniuro bimetallico, NiCo2 Vedi4 , è stato precedentemente studiato per lo stoccaggio del sodio, i supercondensatori e gli elettrocatalizzatori e presenta un notevole potenziale per lo stoccaggio degli ioni potassio.
"Sintetizzando NiCo2 Vedi4 utilizzando un processo idrotermale in due fasi, si sviluppa una struttura di nanotubi con ammassi a forma di fiore, creando canali convenienti per il trasferimento di ioni potassio/elettroni", ha affermato Mingyue Wang, ricercatore presso il Centro di ricerca ingegneristica di materiali e dispositivi di stoccaggio dell'energia a Xi'an. Università Jiaotong di Xi'an, Cina.
Inizialmente, vengono preparate sfere precursori Ni-Co con nanoaghi solidi. Queste sfere hanno una struttura cristallina ben definita che viene poi esposta al seleniuro durante un processo chiamato selenizzazione. Questo processo introduce il selenio nel precursore Ni-Co, sviluppando NiCo2 Vedi4 guscio di nanotubi.
I tubi cavi si formano a causa di un fenomeno chiamato effetto Kirkendall, che avviene quando due metalli si muovono a causa della differenza nella velocità di diffusione dei loro atomi. Questi nanotubi sono larghi circa 35 nanometri e offrono spazio sufficiente per il trasferimento degli ioni di potassio e degli elettroni.
Attraverso una serie di test e analisi, i ricercatori sono stati in grado di confermare l'efficacia del NiCo2 Vedi4 gli anodi potrebbero spostare e immagazzinare ioni ed elettroni di potassio. Hanno scoperto che NiCo2 Vedi4 ha più siti attivi rispetto ad altri materiali per elettrodi, ha elementi distribuiti uniformemente e ha prestazioni migliori di altri elettrodi testati durante la ricerca.
"Il NiCo2 Vedi4 L'elettrodo a nanotubi ha presentato prestazioni elettrochimiche molto migliori in termini di stabilità ciclica e capacità di velocità rispetto ad altri elettrodi testati, incluso Ni3 Vedi4 e Co3 Vedi4 . Ciò è dovuto alla struttura unica dei nanotubi di NiCo2 Vedi4 e la sinergia offerta dalla compresenza di due metalli," ha detto Wang.
Queste controparti monometalliche, Ni3 Vedi4 e Co3 Vedi4 non hanno avuto lo stesso successo del bimetallico NiCo2 Vedi4 , semplicemente a causa del modo in cui i due metalli (Ni e Co) interagiscono insieme. NiCo2 Vedi4 aveva anche una capacità maggiore, il che è molto vantaggioso per mantenere la stabilità ciclica e le prestazioni ad alta velocità.
"Questo lavoro offre nuove intuizioni sulla progettazione di seleniuri metallici binari micro/nanostrutturati come anodi per batterie agli ioni di potassio con straordinarie prestazioni di stoccaggio degli ioni di potassio", ha affermato Wang.
Ulteriori informazioni: Mingyue Wang et al, Meccanismo di conversione degli anodi sferici di nanotubi NiCo 2Se 4 per batterie agli ioni di potassio, Materiali e dispositivi energetici (2023). DOI:10.26599/EMD.2023.9370001
Fornito dalla Tsinghua University Press
