Regulación del dopaje de elementos múltiples del efecto de supresión de la transición de fase desordenada y de la...

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Los materiales de cátodo de la batería de iones de sodio en capas (SIB) tipo O3 ofrecen una alta capacidad, pero sufren de una baja estabilidad de ciclo debido a las transiciones de fase y los cambios de volumen.
• Los materiales de cátodo existentes requieren mejoras en la integridad estructural y el rendimiento electroquímico para aplicaciones prácticas de SIB.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un material de cátodo de batería de iones de sodio tipo O3 estable y de alto rendimiento.
• Investigar los efectos del co-dopaje de Ti, Fe y Al en las propiedades estructurales y electroquímicas del NaNi0.5Mn0.5O2.
• Explorar el potencial de la impresión 3D para la fabricación de cátodos SIB avanzados.

Principales métodos:

• Síntesis y caracterización de un material de cátodo de tipo O3 con Ti, Fe y Al (NaNi0.5Mn0.5O2, NaNi0.40Mn0.40Ti0.13Fe0.06Al0.01O2, NaNMTFA).
• Pruebas electroquímicas, incluidos los ciclos galvanostáticos, las pruebas de capacidad de velocidad y la evaluación del rendimiento en ciclos a largo plazo.
• Fabricación y ensayo de células completas de NaNMTFA grabadas en 3D.

Principales resultados:

• El cátodo NaNMTFA demostró transiciones de fase suprimidas y reacciones en solución sólida en un amplio rango de voltaje, atribuido a una mayor estabilidad estructural debido al dopaje ternario.
• El material proporcionó una capacidad reversible de 125,1 mAh g-1 a 0,1 °C y mantuvo 103,4 mAh g-1 a 1 °C con una retención del 82,2% durante 200 ciclos.
• Las celdas completas impresas en 3D alcanzaron 118.7 mAh g-1 a 1C con una retención de capacidad del 88.9% después de 100 ciclos, superando a los electrodos convencionales.

Conclusiones:

• El co-dopaje de Ti, Fe y Al mejora efectivamente la estabilidad estructural y el rendimiento electroquímico de los cátodos SIB de tipo O3 al mitigar las distorsiones de la celosía y fortalecer las interacciones entre capas.
• La impresión 3D presenta una técnica de fabricación prometedora para optimizar los cátodos SIB de alto rendimiento de tipo O3, lo que permite un rendimiento superior en comparación con los métodos convencionales.