Os pesquisadores desenvolveram um material catódico altamente estável para armazenamento de sódio. Crédito:SUTD
Com a melhoria contínua da eletrônica, o desenvolvimento de fontes de alimentação de alta energia tornou-se um elo fundamental para o desenvolvimento futuro da ciência e da tecnologia. Contudo, a escassez de recursos de lítio e a dificuldade de reciclagem tornaram-se fatores importantes na limitação de seu desenvolvimento.
Baterias recarregáveis não baseadas em lítio com um suprimento inesgotável de matérias-primas, como baterias de íon de sódio (SIBs), têm atraído atenção generalizada nos últimos anos. Como o determinante crítico para a produção de energia de SIBs, o desenvolvimento de cátodos fez um progresso empolgante, incluindo materiais em camadas, polianions e análogos do azul da Prússia (PBAs), etc.
Entre esses cátodos, Análogos de azul da Prússia baseados em Mn (Mn-Fe PBAs, N / D 2 Mn [Fe (CN) 6 ]) representam um dos materiais catódicos mais promissores para SIBs devido à sua maior capacidade teórica e variação de volume adaptativo. Contudo, Os PBAs de Mn-Fe sofrem de reversibilidade de ciclo pobre e retenção de capacidade durante a transição de fase da fase cúbica para a tetragonal, que está relacionado à grande deformação estrutural de Mn-N 6 octaedra causado pela distorção de Jahn-Teller.
Esforços anteriores para suprimir a grande deformação estrutural focados principalmente na estrutura de fase otimizada ou substituição atômica parcial, mas esses métodos não conseguiam manter um ciclo estável enquanto mantinham uma alta capacidade, que é necessário para a aplicação prática das baterias.
No estudo que foi publicado em Chem , os pesquisadores desenvolveram uma estratégia controlável para criar vacâncias de cátions não convencionais de Mn (VMn) em PBAs de Mn-Fe usando um agente quelante forte, etilenodiamineto ácido etraacético dissódico (Na 2 EDTA). O VMn em PBAs de Mn-Fe poderia restringir o movimento de ligações Mn-N e, assim, mitigar a distorção Jahn-Teller de Mn-N 6 octaedra, levando a transições de fase altamente reversíveis de NMF, bem como excelente estabilidade de ciclo de longo prazo e retenção de capacidade (consulte a imagem).
Devido ao forte efeito quelante do EDTA 2 - , Mn 2 + e EDTA 2 - quelatado para formar um octaedro de seis coordenadas altamente estável que não apenas diminui muito a taxa de liberação de Mn 2 + bem como a taxa de formação de EDTA-NMF, mas também remove os átomos de Mn da estrutura do cristal. Conforme a reação prossegue, a forte coordenação de Na 2 O EDTA continuaria a gravar o NMF e criar mais VMn na superfície.
O VMn em PBAs de Mn-Fe pode atuar como a primeira barreira para evitar o dano estrutural durante o ciclo da bateria. Como resultado, os PBAs de Mn-Fe exibiram uma excelente estabilidade de ciclo de longo prazo e capacidade de retenção para ambas as meias-células (72,3% após 2700 ciclos a 0,5 A g -1 ) e células completas (75,5% após 550 ciclos a 0,1 A g -1 )
"Considerando a síntese fácil e a grande diversidade de PBAs, este trabalho não apenas promove metodologias sintéticas criativas para defeito controlável ou engenharia de vacância, mas também abre caminhos ilimitados para explorar a relação entre a estrutura, vagas e desempenhos eletroquímicos em materiais além dos PBAs, "disse o autor principal Professor Associado Yang Hui Ying do SUTD.
