Ajuste del material de cátodo estructurado P2 mediante la sustitución de Na-Site Mg por baterías de iones de Na

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Química inorgánica

Sus antecedentes:

• Los óxidos en capas tipo P2 exhiben comúnmente múltiples mesetas de voltaje en las baterías de iones de sodio.
• Esto se atribuye a las superestructuras ordenadas por Na+/vacío que surgen de las interacciones electrostáticas Na-Na y el orden de carga de los metales de transición.
• Estos problemas limitan el rendimiento electroquímico y la estabilidad de estos materiales de cátodo.

Objetivo del estudio:

• Diseñar nuevos materiales de cátodo de óxido en capas tipo P2 para baterías de iones de sodio con mejor rendimiento electroquímico.
• Investigar el efecto del dopaje de iones de Mg sobre la estructura y las propiedades electroquímicas de Na0.7[Mn0.6Ni0.4]O2.
• Para promover el oxígeno redóxido reversible y lograr perfiles de tensión suave.

Principales métodos:

• Síntesis de óxidos en capas tipo P2 dopados con Mg: Na0.7Mg0.05[Mn0.6Ni0.2Mg0.15]O2.
• Caracterización estructural mediante difracción de rayos X (XRD) y otras técnicas.
• Evaluación del rendimiento electroquímico, incluida la estabilidad en ciclos, la capacidad de velocidad y los perfiles de tensión.

Principales resultados:

• Los iones Mg introducidos tanto en Na como en metales de transición estabilizan la estructura en capas, actuando como "pilares" y interrumpiendo el ordenamiento de la carga.
• El dopaje de Mg crea configuraciones "Na-O-Mg" y "Mg-O-Mg", promoviendo el carácter iónico O2p y la redox de oxígeno reversible.
• El material dopado con Mg (Na0.7Mg0.05[Mn0.6Ni0.2Mg0.15]O2) exhibe un perfil de tensión suave, una alta estabilidad estructural y una retención de capacidad superior a altas velocidades y un alto voltaje de corte (4,2 V).
• Una nueva fase P2 se forma después de la carga, a diferencia de la fase O2 en el material no sustituido.

Conclusiones:

• El dopaje de Mg es una estrategia eficaz para superar las limitaciones de los óxidos en capas del tipo P2 para las baterías de iones de sodio.
• El rendimiento electroquímico mejorado se atribuye a la estabilización estructural y a la actividad redox de oxígeno promovida.
• Este trabajo abre nuevas vías para el diseño de materiales catódicos en capas avanzados para baterías de iones de sodio de alto rendimiento.