Forskare som arbetar med att hitta alternativ till litiumjonbatterier har riktat uppmärksamheten mot kaliumjonbatterier. Kalium är en rik resurs och tekniken fungerar ungefär på samma sätt som litiumjonbatterier, men dessa batterier har inte utvecklats i stor skala eftersom jonradien orsakar problem med energilagring och undermåliga elektrokemiska prestanda.
För att lösa detta problem överväger forskare NiCo2 Se4 , en bimetallisk selenid, för att skapa sfärformade elektroder. Sfärerna är konstruerade med NiCo2 Se4 nanorör, som förbättrar den elektrokemiska reaktiviteten för snabbare överföring och lagring av kaliumjoner.
Forskningen presenterades i en artikel publicerad i Energy Materials and Devices den 14 september.
"Bimetalliska selenider kombinerar de förbättrande egenskaperna hos två metaller, som synergiseras genom att uppvisa rika redoxreaktionsställen och hög elektrokemisk aktivitet. En bimetallisk selenid, NiCo2 Se4 , har tidigare studerats för natriumlagring, superkondensatorer och elektrokatalysatorer och har en betydande potential för lagring av kaliumjoner.
"Genom att syntetisera NiCo2 Se4 med hjälp av en hydrotermisk process i två steg utvecklas en nanorörsstruktur med blomliknande kluster, vilket skapar bekväma kanaler för kaliumjon/elektronöverföring, säger Mingyue Wang, forskare vid Engineering Research Center of Energy Storage Materials and Devices i Xi'an Jiaotong University i Xi'an, Kina.
Inledningsvis prepareras Ni-Co-prekursorkulor med solida nanonålar. Dessa sfärer har en väldefinierad kristallin struktur som sedan exponeras för selenid under en process som kallas selenisering. Denna process introducerar selen till Ni-Co-prekursorn och utvecklar NiCo2 Se4 nanorörsskal.
De ihåliga rören bildas på grund av ett fenomen som kallas Kirkendall-effekten, vilket är när två metaller rör sig på grund av skillnaden i diffusionshastigheten för deras atomer. Dessa nanorör är cirka 35 nanometer breda, vilket ger tillräckligt med utrymme för kaliumjoner och elektroner att överföra.
Genom en mängd olika tester och analyser kunde forskarna bekräfta hur väl NiCo2 Se4 anoder kunde flytta och lagra kaliumjoner och elektroner. De fann att NiCo2 Se4 har fler aktiva platser än andra elektrodmaterial, hade jämnt fördelade element och överträffade andra elektroder som testades under forskning.
"Nico2 Se4 nanorörselektrod uppvisade en mycket bättre elektrokemisk prestanda när det gäller cyklisk stabilitet och hastighetskapacitet än andra testade elektroder, inklusive Ni3 Se4 och Co3 Se4 . Detta beror på den unika nanorörsstrukturen hos NiCo2 Se4 och synergin som erbjuds av samnärvaro av två metaller," sa Wang.
Dessa monometalliska motsvarigheter, Ni3 Se4 och Co3 Se4 var inte lika framgångsrika som den bimetalliska NiCo2 Se4 , helt enkelt på grund av hur de två metallerna (Ni och Co) interagerar med varandra. NiCo2 Se4 hade också en högre kapacitet, vilket är mycket fördelaktigt för att bibehålla cyklisk stabilitet och hög prestanda.
"Detta arbete ger nya insikter i designen av mikro/nanostrukturerade binära metallselenider som anoder för kaliumjonbatterier med enastående prestanda för lagring av kaliumjoner", säger Wang.
Mer information: Mingyue Wang et al, Konverteringsmekanism för NiCo 2Se 4 nanorörsfäranoder för kaliumjonbatterier, Energimaterial och enheter (2023). DOI:10.26599/EMD.2023.9370001
Tillhandahålls av Tsinghua University Press
