高エントロピー Na 層の酸化カトドの移行金属リドックスの最大利用を達成するために電子構造を調整する
Feixiang Ding1,2, Haibo Wang1, Qinghua Zhang1
1Key Laboratory for Renewable Energy, Beijing Key Laboratory for New Energy Materials and Devices, Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China.
Journal of the American Chemical Society
|June 14, 2023
まとめ
この研究は,高電圧移行金属の酸化還元活性を増強するために,カチオンとアニオン置換を使用して,ナトリウムイオン電池のカソッドを強化します. この戦略は,高エネルギー密度アプリケーションの容量を増やし,サイクル安定性を改善します.
科学分野:
- 材料科学
- 電気化学
- 固体化学
背景:
- 層状の酸化カトドは,ナトリウムイオン (de) インターケレーションのためにカチオンとアニオンの両方の酸化還元カップルを利用し,高特異容量に貢献します.
- これらの酸化還元カップルの正確な関与とナトリウム含有量への依存性は完全に理解されず,カソッド性能の最適化を制限しています.
研究 の 目的:
- トランジションメタル (TM) の酸化還元活性強化のための電子構造の調整における低価イオン置換の役割を調査する.
- 立方体とFイオンの同時置換がNa+含有量,TMリドックス結合,層状酸化カトドの構造安定性に与える影響を調査する.
主な方法:
- 高エントロピー層の新型酸化カトド (Na0.95Li0.07Cu0.11Ni0.11Fe0.3Mn0.41O1.97F0.03) の合成,カチオンとアニオン置換による.
- 特定の容量と長期サイクル安定性を評価するために,ガルバノスタティックサイクルを含む電気化学的特徴付け.
- 電気化学的性能と構造的変更を相関させるための電子構造と結合特性の分析
主要な成果:
- Li+の置換により,利用可能なTM電荷移転に対するNa+含有量の比率が増加し,高電圧TM酸化還元活性が促進された.
- Fイオン置換はTM-O結合の共価性を低下させ,サイクル中の構造的変化を緩和した.
- 改造されたカトッドは,高電圧TMから約29%の容量増加を達成し,優れたサイクル安定性を示した.
結論:
- カチオンとアニオン置換による同時に電子と結晶構造の調節は,高エネルギー密度の電極を設計するための実行可能な戦略です.
- 電子構造を調整し,構造的ストレスを軽減することは,層状酸化カトドの高圧リドックス反応の完全な可能性を解き放つための鍵です.
