Исследователи улучшают обратимость, особую способность фосфатных катодов на основе железа для батарей Na-Ion

Бифазная межсетевая гетерогенная структура, образованная NFP и NFPP-4.0 в новом составном материале NFPP-4.5 и активации NFP.Кредит: Сюй Чунлиу

Благодаря низкой стоимости сырья и длительной продолжительности жизни, созданной их стабильной структурой, фосфатные катоды на основе железа рассматриваются как один из наиболее перспективных катодов для NA-ионных батарей (NIB).

Считается, что среди различных фосфатных катодов на основе железа, фаза NafePO4 (NFP) NafePO4 (NFP) является электрохимически инертным из-за отсутствия эффективных каналов диффузии ионов Na+, тогда как Na2FEP2O7 показывает открытые трехмерные каналы Na+, но низкая теоретическая способность с нестабильностью воздуха.Полем

Напротив, NA4FE3 (PO4) 2P2O7 (NFPP-4.0) обеспечивает высокую теоретическую мощность ~ 130 мА h g-1 и 3,1 V вывода уровня, а также хорошую стабильность воздуха.Таким образом, NFPP-4.0 в последние годы привлекло большое внимание от исследователей и тех, кто заинтересован в промышленном применении.

Тем не менее, практическая обратимая емкость NFPP-4.0 ограничена диапазоном от 110 до 120 мА h-1 из-за структурных дефектов, что намного ниже его теоретического значения.В результате, дальнейшее улучшение обратимой мощности и плотности энергии фосфатов на основе железа было проблемой.

В ответ на эту проблему исследовательская группа, возглавляемая профессором Чжао Джунмеем из Института процесса инженерии китайской академии наукИнертный NFP фаза.Исследование было опубликовано в журнале Американского химического общества 28 марта.

Чтобы увеличить свою теоретическую способность и плотность энергии, исследователи предложили включить фазу Maricite NFP в хост NFPP-4.0 для создания фосфатов на основе железа с более активным содержанием Fe2+ на основе формирования гетерогенной структуры.

Окончательный оптимизированный катод NA4.5FE3.5 (PO4) 2,5 (P2O7) (то есть NFPP-4.5; соотношение крота NFP/NFPP-4.0 составляет 0,5: 1) обеспечивает полную активацию инертного NFP и обеспечивает обратной способностиБолее 130 мА h g-1, тем самым увеличивая плотность энергии до 400 Вт чт-1, что близко к самой высокой плотности энергии полианионных катодов на основе железа, используемых в NIB.

Рентгеновская дифракция (XRD) показала, что NFPP-4.5 состоит из фаз двухфазной межсетевой сегмента, на основе фаз NFP и NFPP-4.0, в которых нанодомены NFP распределены в непрерывной матрице NFPP-4.и просачивающие интерфейсы.Такие двухфазные интерфейсы могут вызывать транспортировку Na+ в нанодоменах NFP, способствуя его электрохимической активации в композитных катодах.

In situ XRD также подтвердил, что NFP подвергается переходу аморфизации при первой зарядке и поддерживает эту аморфную природу в следующих циклах, что является ключом к достижению высокой емкости NFPP-4.5 с активацией инертного NFP.

Практическое применение NFPP-4.5 было подтверждено масштабным синтезом продуктов уровня KG и мешочков, выявляя желательную способность быстрого заряда и превосходную эксплуатацию.При зарядке в 5 ° С (то есть в пять раз превышают зарядную емкость батареи, подразумевая относительно высокий ток зарядки), обратимая способность клеток мешочков по -прежнему сохраняла удержание 80% по сравнению с 0,1 ° С (то есть в 0,1 раза превышает зарядную емкость батареи).Клетки мешочка продемонстрировали превосходное удержание пропускной способности более чем 88% после езды на велосипеде при 3 ° С (то есть в три раза больше зарядной батареи) 2000 раз, демонстрируя огромные перспективы применения.

В целом, эта работа дает руководство по разработке недорогих, высокоэффективных полианионных катодов, которые можно использовать в NIB.

Больше информации: Chunliu Xu и др.Doi: 10.1021/jacs.3c14452