Les batteries sodium-ion (SIB) sont considérées comme un système de stockage d'énergie prometteur en raison de leurs propriétés de sécurité supérieures, de leur faible prix et de leurs réserves abondantes de sodium, tandis que le développement de matériaux d'électrode joue un rôle essentiel dans les performances des SIB.
P2-Na2/3 Ni1/3 Mn2/3 O2 est un matériau de cathode d'oxyde en couches typique pour les SIB, caractérisé par ses caractéristiques structurelles uniques qui fournissent des voies de transport rapide des ions et des barrières de diffusion plus faibles pour le Na + . ions. Par conséquent, il a suscité une attention considérable de la part de nombreux chercheurs.
Cependant, ce matériau est également confronté à des défis tels qu'une transition multiphasique complexe et des processus redox anioniques irréversibles, qui limitent ses performances électrochimiques. Par conséquent, il existe un besoin urgent de développer des stratégies efficaces pour modifier ce matériel afin d'améliorer son caractère pratique.
Or, dans une étude récente publiée dans Science China Chemistry , dirigée par le professeur Yao Xiao du Collège de chimie et de génie des matériaux de l'Université de Wenzhou, une équipe de chercheurs a proposé une stratégie consistant à stimuler la croissance monocristalline par substitution du Ti et a conçu un P2-Na monocristallin hydrostable d'environ 10 μm. sous>2/3 Ni1/3 Mn1/3 Ti1/3 O2 Matériau cathodique comme prototype.
"Selon la loi de Vegard, le paramètre de réseau est modifié par les constituants ayant une pente de Vegard absolue similaire du système. Sinon, les dopants concentrés peuvent migrer vers les surfaces et créer un film eutectique qui a un point de fusion inférieur à celui des deux composants purs, ce qui est bénéfique pour la diffusion atomique à l'interface et la croissance cristalline. Par conséquent, il est raisonnable de soupçonner que Ti 4+ . avec des pentes de Vegard plus grandes, cela pourrait favoriser la croissance cristalline des cathodes", explique Xiao.
L'étude s'est concentrée sur le processus de formation, le comportement électrochimique, l'évolution structurelle et la stabilité dans l'air du P2-Na2/3. Ni1/3 Mn1/3 Ti1/3 O2 grâce à des techniques de caractérisation avancées, et a exploré la relation entre sa structure, sa fonction et ses propriétés.
Les résultats ont montré que la substitution du Ti est bénéfique pour générer des grains de grande taille, supprimer les transitions de phase multiples et inhiber le rédox irréversible des anions grâce à la régulation structurelle. Le matériau obtenu présente non seulement une densité énergétique élevée et offre de bonnes performances de cycle, mais améliore également considérablement le Na + . cinétique de transport et stabilité de l'air.
Dans l'ensemble, cette étude pourrait fournir un aperçu de la modulation structurelle multifonctionnelle pour le développement de matériaux cathodiques en couches à base de sodium haute performance pour des applications pratiques.
Plus d'informations : Yi-Feng Liu et al, Une cathode d'oxyde en couches monocristalline stable à l'air basée sur une modulation structurelle multifonctionnelle pour les batteries sodium-ion à haute densité énergétique, Science China Chemistry (2024). DOI :10.1007/s11426-023-1891-4
Fourni par Science China Press
