Tolerancia a defectos extremos para la intercalación electroquímica en las estructuras de Wadsley-Roth demostrada por...

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• La química de los defectos influye críticamente en los fenómenos de transporte en los compuestos cristalinos, particularmente en los conductores iónicos 1D.
• Las fases de bloque de Wadsley-Roth son conocidas por su alta capacidad redox y difusividad iónica, con una potencial tolerancia a defectos atribuida a sus estructuras de túnel.

Objetivo del estudio:

• Para describir un nuevo material de electrodo negativo de batería de iones de litio, NaNb7O18, que exhibe una tolerancia extrema a los defectos.
• Para aclarar las propiedades estructurales y electroquímicas de NaNb7O18 y sus fases de litio.

Principales métodos:

• Caracterización multimodal que incluye difracción de neutrones, espectroscopia de RMN de estado sólido 23Na y cálculos de DFT.
• Operando difracción sincrotrón para el estudio de los procesos de litiación/delitiación.
• Evaluación del rendimiento del ciclo electroquímico.

Principales resultados:

• NaNb7O18 exhibe una tolerancia extrema a los defectos, con más de la mitad de los iones Na+ en sitios que bloquean la difusión.
• Litiado reversible a Li7NaNb7O18 con una alta capacidad de ciclo (200 mAh·g-1 en 10 h, 100 mAh·g-1 en 3 min).
• Litiado / deslitiado anisotrópico con dos transiciones de fase de primer orden y evidencia de formación de enlaces Nb-Nb reversibles.

Conclusiones:

• NaNb7O18 es un conductor iónico 1D de alta tolerancia a defectos adecuado para aplicaciones de baterías de alta velocidad.
• La formación reversible de enlaces Nb-Nb se confirma como un mecanismo de almacenamiento de carga en los compuestos de Wadsley-Roth.
• La estructura única del material facilita el transporte rápido de iones a pesar de las concentraciones significativas de defectos.