ナトリウムイオン電池におけるNa ((Mn-Fe-Ni) O₂カトドの電気化学的性能に対する組成および構造的影響の探求

科学分野:

• 材料科学
• 電気化学
• エネルギー貯蔵

背景:

• 層状の移行金属酸化物は,ナトリウムイオン電池のための有望なカトド材料です.
• 電気化学性能を向上させるには,移行金属の組成を最適化することが重要です.

研究 の 目的:

• Na ((Mn-Fe-Ni) O₂カトッドのためのMn-Fe-Ni偽三次システムを体系的に調査する.
• 構造的および電気化学的性質に変化する移行金属分子の影響を理解する.
• 高性能ナトリウムイオン電池のカトドの最適な組成を特定する.

主な方法:

• 構造分析のためのX線微分法 (XRD).
• 電気化学的評価のための電磁放電とdQ/dV分析.
• 伝送電子顕微鏡 (TEM) と相と変換の研究のためのSynchrotron XRD.
• 電気化学阻力スペクトロスコーピー (EIS) による電荷移転抵抗分析

主要な成果:

• Mnの含有量が増加すると,二相行動; cパラメータのNi含有量減少; MnとFeの格子拡大.
• NaMn_0.500Fe_0.125Ni_0.375O₂は ~149 mAh g^{-1 の特定の容量を達成した.}
• NaMn_0.500-Fe_0.250Ni_0.250O₂は優れた速度性能を示した (1°Cで85.7%の容量,3°Cで69.7%).
• 二相NaMn_0.625Fe_0.125Ni_0.250O₂ (MFN-512) は100サイクル後に93%の容量を維持しました.
• MFN-512は,ハードカーボンアノドを搭載したフルセルで,約2.9Vで約92mAhのg−1を供給する.
• オペランドXRDはMFN-512で可逆相変換を確認した.

結論:

• Mn-Fe-Ni層の酸化物における最適化された移行金属比と相分は,高い性能の鍵です.
• 低コストで高性能なカトド材料を開発するための経路を提供します.
• MFN-512は,ナトリウムイオン電池の実用的なアプリケーションのための重要な可能性を実証しています.