Les chercheurs qui cherchent des alternatives aux batteries lithium-ion se sont tournés vers les batteries potassium-ion. Le potassium est une ressource abondante et la technologie fonctionne à peu près de la même manière que les batteries lithium-ion, mais ces batteries n'ont pas été développées à grande échelle car le rayon ionique pose des problèmes de stockage d'énergie et des performances électrochimiques inférieures aux normes.
Pour résoudre ce problème, les chercheurs envisagent le NiCo2 Se4 , un séléniure bimétallique, pour créer des électrodes en forme de sphère. Les sphères sont construites avec NiCo2 Se4 nanotubes, qui améliorent la réactivité électrochimique pour un transfert et un stockage plus rapides des ions potassium.
La recherche a été présentée dans un article publié dans Energy Materials and Devices. le 14 septembre.
"Les séléniures bimétalliques combinent les caractéristiques améliorées de deux métaux, qui entrent en synergie en montrant de riches sites de réaction redox et des activités électrochimiques élevées. Un séléniure bimétallique, NiCo2 Se4 , a déjà été étudié pour le stockage du sodium, les supercondensateurs et les électrocatalyseurs et présente un potentiel considérable pour le stockage des ions potassium.
"En synthétisant NiCo2 Se4 Grâce à un processus hydrothermique en deux étapes, une structure de nanotubes avec des amas en forme de fleur se développe, créant ainsi des canaux pratiques pour le transfert d'ions potassium et d'électrons", a déclaré Mingyue Wang, chercheur au Centre de recherche en ingénierie des matériaux et dispositifs de stockage d'énergie à Xi'an. Université Jiaotong à Xi'an, Chine.
Initialement, des sphères de précurseurs Ni-Co avec des nanoaiguilles solides sont préparées. Ces sphères ont une structure cristalline bien définie qui est ensuite exposée au séléniure lors d'un processus appelé sélénisation. Ce processus introduit du sélénium dans le précurseur Ni-Co, développant ainsi le NiCo2 Se4 coque de nanotubes.
Les tubes creux se forment à cause d'un phénomène appelé effet Kirkendall, qui se produit lorsque deux métaux se déplacent en raison de la différence dans les taux de diffusion de leurs atomes. Ces nanotubes mesurent environ 35 nanomètres de large, ce qui laisse suffisamment d'espace pour le transfert des ions potassium et des électrons.
Grâce à une variété de tests et d'analyses, les chercheurs ont pu confirmer l'efficacité du NiCo2 Se4 les anodes pourraient déplacer et stocker des ions potassium et des électrons. Ils ont découvert que NiCo2 Se4 possède plus de sites actifs que les autres matériaux d'électrode, comporte des éléments uniformément répartis et surclasse les autres électrodes testées au cours de la recherche.
"Le NiCo2 Se4 L'électrode à nanotubes présentait de bien meilleures performances électrochimiques en termes de stabilité cyclique et de capacité de vitesse que les autres électrodes testées, notamment le Ni3 Se4 et Co3 Se4 . En effet, la structure unique des nanotubes de NiCo2 Se4 et la synergie offerte par la co-présence de deux métaux", a déclaré Wang.
Ces homologues monométalliques, Ni3 Se4 et Co3 Se4 n'ont pas eu autant de succès que les bimétalliques NiCo2 Se4 , tout simplement à cause de la façon dont les deux métaux (Ni et Co) interagissent entre eux. NiCo2 Se4 avait également une capacité plus élevée, ce qui est très bénéfique pour maintenir la stabilité cyclique et les performances à haut débit.
"Ce travail offre de nouvelles perspectives sur la conception de séléniures métalliques binaires micro/nanostructurés comme anodes pour les batteries potassium-ion avec des performances extraordinaires de stockage des ions potassium", a déclaré Wang.
Plus d'informations : Mingyue Wang et al, Mécanisme de conversion des anodes sphériques de nanotubes NiCo 2Se 4 pour batteries potassium-ion, Matériaux et dispositifs énergétiques (2023). DOI :10.26599/EMD.2023.9370001
Fourni par Tsinghua University Press
