Avec l'amélioration continue de l'électronique, le développement des alimentations électriques à haute énergie est devenu un maillon clé du développement futur de la science et de la technologie. Cependant, la pénurie de ressources en lithium et la difficulté de recyclage sont devenues des facteurs importants pour limiter leur développement.

Des batteries rechargeables sans lithium avec un approvisionnement inépuisable en matières premières, comme les batteries sodium-ion (SIB), ont attiré une large attention ces dernières années. En tant que déterminant essentiel de la production d'énergie des SIB, le développement des cathodes a fait des progrès passionnants, y compris les matériaux en couches, les polyanions et les analogues du bleu de Prusse (PBA), etc.

Parmi ces cathodes, Analogues du bleu de Prusse à base de Mn (PBA Mn-Fe, N / A 2 Mn[Fe(CN) 6 ]) représentent l'un des matériaux cathodiques les plus prometteurs pour les SIB en raison de leur capacité théorique plus élevée et de leur variation de volume adaptative. Cependant, Les PBA Mn-Fe souffrent d'une mauvaise réversibilité du cycle et d'une mauvaise rétention de la capacité pendant la transition de phase de la phase cubique à la phase tétragonale, qui est liée à la grande déformation structurelle de Mn-N 6 octaèdres causés par la distorsion de Jahn-Teller.

Les efforts antérieurs pour supprimer la grande déformation structurelle se sont principalement concentrés sur la structure de phase optimisée ou le remplacement atomique partiel, mais ces méthodes ne pouvaient pas maintenir un cycle stable tout en maintenant une capacité élevée, ce qui est nécessaire pour l'application pratique des batteries.

Dans l'étude publiée dans Chimie , les chercheurs ont développé une stratégie contrôlable pour créer des lacunes de cation Mn (VMn) non conventionnelles sur les PBA Mn-Fe en utilisant un agent chélatant puissant, acide éthylènediaminet etraacétique disodique (Na 2 EDTA). Le VMn dans les PBA Mn-Fe pourrait restreindre le mouvement des liaisons Mn-N et ainsi atténuer la distorsion de Jahn-Teller de Mn-N 6 octaèdres, conduisant à des transitions de phase hautement réversibles du NMF ainsi qu'à une stabilité de cycle à long terme et une rétention de capacité exceptionnelles (voir l'image).

En raison du fort effet chélatant de l'EDTA 2 ^- , Mn 2 ⁺ et EDTA 2 ^- chélaté pour former un octaèdre à six coordonnées très stable qui non seulement ralentit considérablement le taux de libération de Mn 2 ⁺ ainsi que le taux de formation d'EDTA-NMF, mais élimine également les atomes de Mn du réseau cristallin. Au fur et à mesure de la réaction, la forte coordination de Na 2 L'EDTA continuerait à graver le NMF et à créer plus de VMn à la surface.

Le VMn dans les PBA Mn-Fe pourrait servir de première barrière pour empêcher les dommages structurels pendant le cyclage de la batterie. Par conséquent, les PBA Mn-Fe ont présenté une stabilité de cycle à long terme et une rétention de capacité exceptionnelles pour les deux demi-cellules (72,3% après 2700 cycles à 0,5 A g ^-1 ) et pleine cellule (75,5 % après 550 cycles à 0,1 A g ^-1 ).

« Compte tenu de la synthèse facile et de la grande diversité des PBA, ce travail promeut non seulement des méthodologies synthétiques créatives pour l'ingénierie contrôlable des défauts ou des postes vacants, mais ouvre également des voies illimitées pour explorer la relation entre la structure, lacunes et performances électrochimiques des matériaux au-delà des PBA, " a déclaré l'auteur principal, le professeur agrégé Yang Hui Ying de SUTD.