Desarrollo de cátodos de fosfato basados en hierro de alto rendimiento hacia baterías prácticas de na-ion

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Almacenamiento de energía

Sus antecedentes:

• Los fosfatos a base de hierro son materiales de cátodo de bajo costo prometedores para las baterías de iones de sodio (SIB).
• Los materiales Na4Fe3 ((PO4) 2 ((P2O7) existentes tienen un rendimiento electroquímico y una densidad de energía limitados.
• La aplicación práctica de estos materiales se ve obstaculizada por un rendimiento insuficiente.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un nuevo material de cátodo de fosfato a base de hierro con mejores propiedades electroquímicas.
• Investigar el potencial de las heteroestructuras interconectadas para mejorar el rendimiento del SIB.
• Para hacer frente a las limitaciones de los cátodos de fosfato a base de hierro actuales para SIB.

Principales métodos:

• Síntesis de Na4.5Fe3.5 ((PO4) 2.5 ((P2O7) con una heteroestructura entrecruzada de fases de tipo maricita NaFePO4 y ortorrómbicas Na4Fe3 ((PO4) 2 ((P2O7).
• Caracterización electroquímica, incluida la capacidad reversible y las mediciones de densidad de energía.
• Pruebas de estabilidad de ciclo a largo plazo en células de bolsa.

Principales resultados:

• El nuevo cátodo compuesto Na4.5Fe3.5 ((PO4) 2.5 ((P2O7) tiene una capacidad reversible superior a 130 mA hg-1 y una densidad de energía cercana a 400 W h kg-1.
• Estos valores son muy superiores a los del cátodo monofásico Na4Fe3 ((PO4) 2 ((P2O7)). 120 mA h g-1 y 350 W h kg-1).
• El material demuestra un rendimiento de ciclo estable durante 2000 ciclos a 3 °C en células de bolsa, con una producción a nivel de kg.

Conclusiones:

• El material desarrollado Na4.5Fe3.5 ((PO4) 2.5 ((P2O7) muestra un rendimiento electroquímico superior en comparación con los fosfatos basados en hierro existentes.
• El diseño de la heterostructura interconectada es eficaz para aumentar la capacidad y la densidad de energía de las baterías de iones de sodio.
• Esta investigación ofrece una vía prometedora para la aplicación práctica de cátodos avanzados de fosfato a base de hierro en baterías de iones de sodio.