Recientemente, Tang Yongbing, investigador del Centro de investigación de materiales de película fina funcional del Instituto de Tecnología Avanzada, Instituto de Tecnología Avanzada de Shenzhen, Academia China de Ciencias, y su equipo de investigación desarrollaron con éxito una batería de iones de sodio de alto rendimiento con una estrategia de diseño de iones múltiples a través de la innovación de diseño. -Ion Estrategia hacia baterías recargables de iones de sodio con alto voltaje de trabajo y capacidad de velocidad ("Estrategia de diseño de múltiples fases para alto voltaje, batería de iones de sodio de gran aumento") publicada en línea en la revista química internacional Angewandte Chemie Edición Internacional ("Química aplicada alemana" 》) (DOI: 10.1002 / anie.201810575).
Entre los elementos de metales alcalinos, el sodio tiene las ventajas de las reservas abundantes y el bajo precio. Por lo tanto, las baterías de iones de sodio tienen amplias perspectivas de aplicación en el campo del almacenamiento de energía a gran escala. Sin embargo, el potencial estándar de electrodo de sodio (-2.71 V vs. SHE) es alto. En litio (-3.04 V vs. SHE), la batería de iones de sodio tiene un voltaje de operación más bajo. Además, debido al radio de iones de sodio más grande (Na: 0.98 angstrom contra Li: 0.69 angstrom), la cinética de transmisión es pobre. Y es fácil hacer que se expanda un material de electrodo más grande, lo que limita la velocidad y el rendimiento del ciclo de la batería de iones de sodio.
Basándose en las consideraciones anteriores, Tang Yongbing y su equipo Jiang Chunlei, Fang Yue y otros desarrollaron con éxito una nueva célula completa de iones de sodio con una estrategia de diseño de múltiples iones (Na + / Li + / PF6-). El material del electrodo positivo es de grafito expandido y el electrodo negativo se puede usar simultáneamente. Un material metálico que se alea con Na y Li, e integra el colector actual / diseño de material activo, y utiliza un electrolito orgánico de Na + / Li + / PF6 con diseño multi-ion. Esta estrategia de diseño multi-ion tiene dos ventajas principales: Por un lado, el uso de grafito intercalado con aniones (PF6) tiene un alto potencial, lo que mejora significativamente el voltaje de funcionamiento de la batería de iones de sodio, por otro lado, la estrategia de diseño de iones múltiples puede mejorar efectivamente la cinética de reacción de la batería y reducir el electrodo metálico negativo. La expansión del volumen durante la aleación mejora en gran medida el rendimiento de la tasa y la vida útil del ciclo. Los resultados muestran que la batería de ion de sodio diseñada por esta estrategia tiene un voltaje operativo de hasta ~ 4.0 V y hasta 30 C (carga y descarga de 2 min) El rendimiento de la tasa y el ciclo de vida de 500 ciclos (tasa de retención de capacidad del 95%, tasa de 5 C). Los resultados de la investigación brindan una nueva forma de mejorar el rendimiento electroquímico de las baterías de iones de sodio. Sin pensar.
La investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, el proyecto STS de la Academia China de Ciencias y el Proyecto de Ciencia y Tecnología de Shenzhen.
(a) curvas de carga y descarga del electrodo negativo de estaño; (b, c) Na, Li y Sn experimentan una reacción de aleación reversible; (d) grafito intercalado en anión (PF6-) tiene buena reversibilidad; (e) electrodo negativo de estaño La prueba de esfuerzo electroquímico demuestra que la reacción de aleación tiene una buena reversibilidad mecánica; (f) la trayectoria de difusión de los átomos de Na y Li en la red de Sn y la correspondiente barrera de energía de difusión (g); la fase de aleación NaSn (h) y Mapa de densidad de Li2Sn5 (i).
