Ingeniería de Entropía para Acelerar la Dinámica de Transformación de Fase de Cátodos de Fosfato para una Capacidad...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de Materiales
• Electroquímica
• Almacenamiento de Energía

Sus antecedentes:

• Las baterías de iones de sodio (SIBs) son una alternativa rentable a las baterías de iones de litio.
• El Na3.5V1.5Mn0.5(PO4)3 (NVMP) de tipo NASICON es un material de cátodo prometedor para SIBs.
• El NVMP sufre de cinética lenta y pobre estabilidad estructural, lo que limita su aplicación práctica.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un material de cátodo de alto rendimiento para SIBs.
• Mejorar el rendimiento electroquímico de los materiales de tipo NASICON.
• Investigar el efecto de la dopaje multi-catiónico en el mecanismo de reacción y la estabilidad de NVMP.

Principales métodos:

• Dopaje sinérgico de Al, Ni y Zr en los sitios de metales de transición de NVMP.
• Síntesis de Na3.5V1.35Mn0.5Al0.05Ni0.05Zr0.05(PO4)3/C (NVMANZP).
• Caracterización electroquímica, incluyendo pruebas de capacidad de velocidad y estabilidad de ciclismo.

Principales resultados:

• NVMANZP exhibe un mecanismo de reacción similar a solución sólida, a diferencia de la reacción bifásica en NVMP prístino.
• El mecanismo estabilizado por entropía reduce las barreras de migración de Na+ y minimiza la deformación de Jahn-Teller.
• NVMANZP ofrece una alta capacidad de reversión de 118.3 mAh g-1 a 0.2C y retiene 77.3 mAh g-1 a 100C.
• El material muestra una excelente estabilidad de ciclismo, manteniendo un 80.76% de retención de capacidad después de 4000 ciclos a 10C.
• Una celda completa que utiliza NVMANZP logra una densidad de energía de 378 Wh kg-1 a 0.2C.

Conclusiones:

• El dopaje multi-catiónico transforma eficazmente el mecanismo de reacción de NVMP hacia un proceso similar a una solución sólida.
• NVMANZP demuestra una capacidad de velocidad y una estabilidad de ciclismo a largo plazo superiores en comparación con NVMP prístino.
• Los mecanismos impulsados por entropía son cruciales para adaptar el rendimiento del cátodo NASICON para SIBs de alta velocidad y larga duración.