Um cátodo de óxido em camadas de cristal único estável ao ar baseado em modulação estrutural multifuncional
Mecanismo de aprimoramento da estratégia de modulação estrutural multifuncional baseada na substituição de Ti. Crédito:Science China Press As baterias de íon de sódio (SIBs) são consideradas um sistema de armazenamento de energia promissor devido às suas propriedades de segurança superiores, baixo preço e abundantes suprimentos de sódio, enquanto o desenvolvimento de materiais de eletrodo desempenha uma função crítica no desempenho dos SIBs.
P2-Na2/3 Ni1/3 Mn2/3 O2 é um típico material de cátodo de óxido em camadas para SIBs, caracterizado por suas características estruturais únicas que fornecem vias rápidas de transporte de íons e barreiras de difusão mais baixas para Na
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íons. Consequentemente, atraiu atenção significativa de numerosos pesquisadores.
No entanto, este material também enfrenta desafios como a complexa transição multifásica e processos redox de ânions irreversíveis, que limitam seu desempenho eletroquímico. Portanto, há uma necessidade urgente de desenvolver estratégias eficazes para modificar este material para aumentar a sua praticidade.
Agora, em um estudo recente publicado na Science China Chemistry , liderado pelo professor Yao Xiao da Faculdade de Química e Engenharia de Materiais da Universidade de Wenzhou, uma equipe de pesquisadores propôs uma estratégia de aumentar o crescimento do cristal único com substituição de Ti e projetou um P2-Na monocristalino hidroestável de ~ 10 μm 2/3 Ni1/3 Mn1/3 Ti1/3 O2 material catódico como protótipo.
"De acordo com a lei de Vegard, o parâmetro de rede é alterado pelos constituintes com inclinação absoluta do sistema de Vegard semelhante. Caso contrário, os dopantes concentrados podem migrar para as superfícies e criar um filme eutético que tem um ponto de fusão inferior ao dos dois componentes puros, o que é benéfico para a interface difusão atômica e crescimento de cristais. Portanto, é razoável suspeitar que Ti
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. com encostas maiores de Vegard poderia promover o crescimento de cristais de cátodos", diz Xiao.
O estudo focou no processo de formação, comportamento eletroquímico, evolução estrutural e estabilidade ao ar de P2-Na2/3 Ni1/3 Mn1/3 Ti1/3 O2 por meio de técnicas avançadas de caracterização e explorou a relação entre sua estrutura, função e propriedades.
Os resultados mostraram que a substituição do Ti é benéfica para a geração de grãos de grande tamanho, suprimindo múltiplas transições de fase e inibindo a redox irreversível do ânion por meio da regulação estrutural. O material obtido não só apresenta alta densidade de energia e oferece bom desempenho de ciclo, mas também melhora muito o Na
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cinética de transporte e estabilidade do ar.
No geral, este estudo pode fornecer insights sobre a modulação estrutural multifuncional para o desenvolvimento de materiais catódicos em camadas à base de sódio de alto desempenho para aplicações práticas.
