Desentrañando la dinámica de iones de sodio en Na₂MgZn_2-TeO₆ electrolitos sólidos con RMN de estado sólido

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Química del estado sólido
• La electroquímica

Sus antecedentes:

• Las baterías de iones de sodio de estado sólido (SIB) ofrecen una alternativa prometedora a las baterías de iones de litio para el almacenamiento de energía a gran escala, segura y sostenible.
• La comprensión de la estructura a escala atómica y la dinámica iónica en electrolitos sólidos es crucial para mejorar el rendimiento de SIB.

Objetivo del estudio:

• Investigar una nueva serie de óxidos mezclados de cationes Mg/Zn, Na2MgxZn2-xTeO6, como electrolitos sólidos potenciales para las SIB.
• Para dilucidar la estructura a escala atómica, el desorden catiónico y la dinámica de iones de sodio (Na) dentro de estos materiales utilizando resonancia magnética multinuclear.

Principales métodos:

• Espectroscopia de resonancia magnética multinuclear (23Na, 125Te, 25Mg, 67Zn).
• Difracción de rayos X en polvo (XRD), espectroscopia de rayos X dispersiva de energía (EDX) y microscopía electrónica de barrido por emisión de campo (FESEM).
• Espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) y cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT).

Principales resultados:

• Se sintetizaron compuestos cristalinos puros de fase en el grupo espacial P6322, formando una serie de soluciones sólidas Na2MgxZn2-xTeO6.
• Se logró una conductividad de Na-ion a granel adaptable, con el valor más alto de 0,14 × 10^-4 S cm^-1 para Na2MgZnTeO6 a temperatura ambiente.
• Se caracterizó el trastorno Mg / Zn, revelando una distribución aleatoria dentro de las capas de panal y múltiples sitios de Na. Se observó un rápido salto local de iones de Na (0,83 × 10 ^ 9 Hz), correlacionado con el trastorno Mg / Zn.

Conclusiones:

• Las nuevas soluciones sólidas de Na2MgxZn2-xTeO6 son candidatos prometedores para electrolitos sólidos de SIB.
• La resonancia magnética multinuclear es una herramienta poderosa para comprender las relaciones estructura-propiedad en electrolitos sólidos.
• La optimización del desorden Mg / Zn es clave para mejorar la dinámica y la conductividad de Na-ion en estos materiales.