• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Kemi
    Katjonblandning inducerar högeffektiv natriumlagring för skiktade katoder

    Strukturell utveckling av NNCT-elektrod under den första cykeln. In-situ XRD-mönster som samlats in för NNCT-elektrod som cyklades i spänningsområdet 2,0-4,0 V (a); STEM-bilder av det orörda (nederst), fulladdat (mitten), och helt urladdade (överst) NNCT-elektroder (b) och motsvarande linjeprofiler (c); Schematisk illustration av den strukturella utvecklingen av NNCT-elektroden under laddning/urladdning (d). Kredit:Science China Press

    Natrium är ett av de mest förekommande grundämnena, utbredd på jorden och i havet. Således, natriumjonbatterier väcker stor uppmärksamhet för användning i storskalig energilagring. De mest populära katoderna för SIB, dvs. de skiktade natriumhaltiga oxiderna, uppvisar vanligtvis reversibel värdomställning mellan P-typ och O-typ stapling vid laddning/urladdning. En sådan värdomläggning är ogynnsam på grund av flera faktorer:(1) O-typfasen är oönskad i förhållande till P-typen, eftersom den senare har en mer öppen ram för Na-jontransport; (2) Omarrangemang av värdstruktur indikerar trög reaktionsdynamik, vilket bidrar till spänningshysteres och dålig hastighetsförmåga hos elektroden; (3) Den stora variationen i gitterparametrar mellan P-typ och O-typ leder till elastisk töjning, orsakar förlust av aktivt material och den resulterande kapaciteten bleknar.

    På grundval av ovanstående skäl, Haoshen Zhou och Shaohua Guos grupp från Nanjing University syntetiserade Nan av O3-typ 0,8 Ni 0,3 Co 0,1 Ti 0,6 O 2 (NNCT), och fann att NNCT-elektroden uppvisade katjonblandningsegenskapen genom att införa övergångsmetalljoner i Na-skikt under initial laddning, sålunda undertrycker värdomarrangemang vid laddning/urladdning genom den inducerade "nålningseffekten". Dessutom, O-typfasen är oönskad i förhållande till P-typen, eftersom den senare har en mer öppen ram för Na-jontransport. Följaktligen, NNCT med stabil P3-stapling efter initial laddningsprocess uppvisar överlägsen hastighetskapacitet, hög energieffektivitet och utmärkt cykelprestanda. Denna grupp karakteriserade den strukturella utvecklingen under elektrokemisk natriuminsättning/extraktion genom in-situ XRD och ex-situ STEM-experiment. Fig. 1 visar den strukturella utvecklingen av NNCT-elektroden under den första cykeln. NNCT omvandlas till P3-typ i den initiala laddningsprocessen som de flesta andra, men upprätthåller oväntat P3-staplingen i de efterföljande cyklerna. STEM-resultat indikerar närvaron av övergångsmetalljoner i natriumlager vid den laddade NNCT-elektroden, uppvisar katjonblandningsfenomenet.

    De elektrokemiska egenskaperna hos NNT- och NNCT-katoder studerades jämförande i fig. 2. De nästan överlappande kurvorna antyder den höga reversibiliteten för NNCT med en reversibel kapacitet på 92 mAh* g-1 vid 0,05C-hastighet. Urladdningskurvorna visar en hög kapacitetsretention (92 procent) och försumbar spänningsförsämring (0,03V) över 300 cykler observeras. Energieffektiviteten tur och retur är stabiliserad på 93 procent för NNCT-elektroden, och Coulombic-effektiviteten för NNCT-katoden är cirka 99,7 procent. Mer viktigt, NNCT katod presterar utmärkt långtidscykelprestanda, dvs. 98 procent kapacitetsretention efter 1000 cykler.

    Detta arbete föreslår att "nålningseffekten" som induceras genom att introducera katjonblandning effektivt skulle kunna undertrycka fasövergången och det relativa värdarrangemanget, vilket i hög grad förbättrar den strukturella stabiliteten. Resultaten understryker den kritiska rollen av stabil natriumlagringsram, och även öppna en ny väg för design av högeffektiva energilagringsmaterial.

    (a) De typiska spänningsprofilerna för NNT vid en hastighet på 0,05C. (b) Hastighetskapaciteten hos NNT. (c) Urladdningskurvorna för NNT vid den första och var 25:e cykler med en hastighet på 0,5C, upp till 300 cykler. (d) De typiska spänningsprofilerna för NNCT-regionen vid en hastighet av 0,05C. (e) NNCT:s hastighetskapacitet. (f) Urladdningskurvorna för NNCT vid den första och var 25:e cykel med en hastighet på 0,5C, upp till 300 cykler. (g) Energieffektivitetskurvorna tur och retur för NNCT- och NNT-elektroder vid en hastighet av 0,5 C under 100 cykler. (h) NNCT:s långcykelprestanda och coulombiska effektivitet för 1, 000 cykler vid 5C-hastigheterna. Kredit:Science China Press




    © Vetenskap http://sv.scienceaq.com