固体23Na NMRスペクトロスコーピーによるナトリウム酸素細胞からの電気化学反応産物の検出

科学分野:

• 電気化学
• 材料科学
• 固体NMRスペクトル

背景:

• ナトリウム-酸素 (Na-O2) バッテリーは有望なエネルギー貯蔵システムです.
• バッテリーの性能と寿命を向上させるには カソッドの劣化を理解することが重要です
• 以前の研究で様々な分解産物が見つかったが,形成経路は完全に解明されていない.

研究 の 目的:

• 23Na MAS NMRを用いて,サイクルされたNa-O2カトドの分解種を特定し,定量化する.
• 超酸化ナトリウム (NaO2) の反応性と分解におけるその役割を調査する.
• Na-O2細胞におけるフッ素ナトリウム (NaF) の形成メカニズムを決定する.

主な方法:

• 23Na マジック・アングル・スピニング (MAS) 核磁気共振 (NMR) スペクトロスコーピーは,サイクルされたNa-O2カトドを分析するために使用されました.
• 固体ナトリウム超酸化物 (NaO2) をポリビニリデンフッ化物 (PVDF) の結合剤で反応させ,その反応性を研究した.
• Na-O2細胞の電気化学的サイクルが分解産物を生成するために実施された.

主要な成果:

• 23Na MAS NMRスペクトルは,フッ化ナトリウム (NaF),炭酸ナトリウム (Na2CO3),過酸化ナトリウム (Na2O2) の存在を明らかにした.
• 最初の反応産物である超酸化ナトリウム (NaO2) は,サイクリングされた電極で有意な量で検出されなかった.
• 電気化学的に生成されたNaO2は,PVDF結合物質と反応してNaFを形成することが判明した.

結論:

• NaO2のような電気化学反応製品の存在におけるセル部品,特にPVDF結合剤の不安定性は,NaO2バッテリーの性能にとって重要な問題です.
• NaO2とPVDFからNaFが形成され,カトド分解に寄与する.
• 先進的なNa-O2電池化学のためのより安定した電極材料と結合物質を開発するには,さらなる研究が必要です.