Gweithgarwch Electrocemegol Deunydd Electrod Positif P{{0}}Nax[Mg0.33Mn0.67]Batri Ion Sodiwm O2
Awdur:ZHANG Xiaojun1, LI Jiale1,2, QIU Wujie2,3, YANG Miaosen1, LIU Jianjun2,3,4
1. Canolfan Sci-Tech Talaith Jilin ar gyfer Trosi Glân a Defnyddio Biomas â Gwerth Uchel, Prifysgol Northeast Electric Power, Jilin 132012, Tsieina
2. Labordy Allweddol y Wladwriaeth o Serameg Perfformiad Uchel a Microstrwythur Superfine, Sefydliad Serameg Shanghai, Academi Gwyddorau Tsieineaidd, Shanghai 200050, Tsieina
3. Canolfan Gwyddor Deunyddiau a Pheirianneg Optoelectroneg, Academi Gwyddorau Prifysgol Tsieineaidd, Beijing 100049, Tsieina
4. Ysgol Cemeg a Gwyddor Deunyddiau, Sefydliad Hangzhou ar gyfer Astudio Uwch, Academi Gwyddorau Prifysgol Tsieineaidd, Hangzhou 310024, Tsieina
Haniaethol
Gyda manteision dosbarthiad cost isel ac eang o ddeunyddiau crai, ystyrir mai batris sodiwm-ion yw'r deunyddiau amgen gorau ar gyfer deunyddiau catod batri lithiwm-ion. Yn y cyfnod P2-NaMnO2 gyda strwythur haenog, gall hydoddiant solet deuaidd yr haen fetel trawsnewidiol wella perfformiad electrocemegol y deunydd electrod yn effeithiol. Yn yr astudiaeth hon, lluniwyd model adeileddol Nax[Mg0.33Mn0.67]O2 gyda hydoddiant solet ïon Mg gan ddefnyddio'r model Coulombic. Datgelodd cyfrifiadau'r egwyddorion cyntaf fod foltedd gollwng Nax[Mg{{10}}.33Mn0.67]O2 wedi cyrraedd 3.0 V ar gynnwys ïon sodiwm o lai na {{20}}.67. Dangosodd dadansoddiad o ddwysedd cyflwr electronig a dadansoddiad poblogaeth gwefr fod datrysiad solet Mg wedi ysgogi gweithgaredd electrocemegol anionig ocsigen dellt yn y P2-cyfnod Nax[Mg0.33Mn0.67]O2, a drawsnewidiodd fecanwaith adwaith electrocemegol y system o adwaith rhydocs synergig cationig ac anionig i adwaith rhydocs anionig cildroadwy. Mae'r trawsnewid hwn yn darparu dull newydd ar gyfer dylunio deunyddiau electrod ar gyfer batris ïon Na, yn ogystal â dull newydd ar gyfer optimeiddio ac archwilio batris ïon eraill.
Geiriau allweddol:batri ion sodiwm; gweithgaredd electrocemegol; egwyddor gyntaf; dopio metel alcali
Mae TOB NEW ENERGY yn darparu set lawn odeunyddiau batri, peiriant batri, datrysiad llinell gynhyrchu batria thechnoleg batri ar gyfer batri cyflwr solet, batri ïon Sodiwm a gweithgynhyrchu batri ïon lithiwm.
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, gyda marchnadeiddio diwydiannau ynni newydd megis ynni gwynt ac ynni'r haul, mae pobl wedi cyflwyno gofynion uwch ar gyfer technoleg storio ynni ar raddfa fawr[1,2]. Wrth ymchwilio i ddeunyddiau storio ynni, mae gweithgaredd electrocemegol a sefydlogrwydd strwythurol deunyddiau electrod yn un o'r canolbwyntiau ymchwil[3,4]. Ymhlith y systemau storio ynni amrywiol sy'n hysbys ar hyn o bryd, mae deunyddiau batri lithiwm-ion yn gymharol aeddfed ac yn cael eu defnyddio'n eang. Fodd bynnag, mae problemau megis dosbarthiad anwastad adnoddau lithiwm ac anhawster technoleg adfer lithiwm wedi cyfyngu'n ddifrifol ar gymhwyso batris lithiwm-ion ar raddfa fawr[5, 6, 7]. Mae gan sodiwm, sydd yn yr un teulu â lithiwm, nodweddion deunyddiau crai helaeth, cost isel, a dosbarthiad eang. Ar yr un pryd, mae gan fatris sodiwm-ion briodweddau ffisegol a chemegol tebyg a mecanweithiau adwaith electrocemegol i fatris lithiwm-ion. Felly, batris sodiwm-ion yw un o'r deunyddiau amgen mwyaf addawol[8,9].
Canfu Berthelot et al.[10]yn yr ocsid haenog NaTMO2 sy'n cynnwys un metel trosiannol (TM), mae ïonau sodiwm a gwagleoedd yn cael eu harchebu yn yr haen sodiwm pur, gan arwain at lawer o lwyfannau foltedd ar gyfer y math hwn o ocsid yn ystod y broses arllwys. . Mae hyn yn arwain at ddirywiad cyflym o gapasiti penodol a gostyngiad sylweddol mewn perfformiad beicio, felly mae effeithlonrwydd trosi ynni'r math hwn o ocsid yn isel. Cyflwynir elfennau datrysiad solet i'r haen fetel trawsnewidiol i ffurfio trefniant cymysg o fetelau trosiannol deuaidd neu hyd yn oed aml-elfen. Mae'r deunydd electrod yn cynnwys nifer fawr o daliadau anhrefnus, a all atal y llwyfan foltedd uchod yn effeithiol a gwella effeithlonrwydd trosi ynni. Defnyddiodd Yabuuchi et al.[11]Na2CO3, (MgCO3)4Mg(OH)2·5H2O a MnCO3 fel deunyddiau crai. Cynhaliwyd adwaith cyflwr solet ar 900 gradd am 12 awr i gael deunydd electrod O2 cam P2 anhwylder deuaidd Na2/3 [Mg1/3Mn2/3] gyda hydoddiant solet Mg. Canfuwyd, ar ddwysedd cyfredol o 10 mA/g, bod cynhwysedd penodol cychwynnol y deunydd catod cam P2 Na2/3[Mg1/3Mn2/3]O2 parod tua 150 mAh/g[11]. Ychydig yn is na chynhwysedd penodol Na2/3MnO2 (184 mAh/g). [12]Canfu Bruce et al. Mae'n dangos bod cyflwyno Mg yn gwella cildroadwyedd cylchred a chynhwysedd penodol cildroadwy y deunydd. Fodd bynnag, yn ystod y broses codi tâl a rhyddhau, mae mecanwaith adwaith electrocemegol microsgopig yr ocsigen dellt yn y system hon yn aneglur o hyd, ac mae'r mecanwaith y mae datrysiad solet Mg yn gwella sefydlogrwydd y system hefyd yn aneglur.
Felly, mae'r gwaith hwn yn cymryd cam P2 Nax[Mg0.33Mn0.67]O2 fel y gwrthrych ymchwil ac mae'n mabwysiadu'r dull cyfrifo egwyddorion cyntaf o ddamcaniaeth swyddogaeth dwysedd (DFT). Cynhaliwyd astudiaeth systematig ar weithgaredd electrocemegol a sefydlogrwydd adeileddol perfformiad gollwng deunydd catod Nax[Mg0.33Mn0.67]O2 gyda hydoddiant solet o ïonau Mg. Er mwyn egluro mecanwaith microsgopig deunyddiau electrod mewn adweithiau electrocemegol ar raddfa ficro electronau ac atomau, bydd yn darparu cyfeiriad ar gyfer deall prosesau electrocemegol a dylunio deunyddiau newydd.
1 Dull cyfrifo
Mae'r cyfrifiadau yn y gwaith hwn yn seiliedig ar becyn meddalwedd sail tonnau awyren VASP[13,14]o ddamcaniaeth swyddogaethol dwysedd. Defnyddir y dull tonnau plân ychwanegyn[15], a'r swyddogaeth cydberthynas gyfnewid yw'r brasamcan graddiant cyffredinol (GGA) ar ffurf Perdew-Burker-Ernzerhof[13,16]. Cyflwynir paramedr Hubbard U i gywiro electronau d Mn, a'r gwerth U effeithiol yw 3.9 eV[17,18]. Egni toriad y don plân isaf yw 600 eV. Pan fydd ymlacio ïonau wedi'i gwblhau, mae'r grymoedd ar bob atom yn llai na 0.1 eV·nm-1. Wrth optimeiddio'r strwythur grisial, defnyddir strwythur uwchgell 3 × 3 × 1 (72 atom), y cysonyn dellt yw 0.874 nm ×0.874 nm × 1.056 nm, a'r k- grid pwyntiau parth Brillouin yw 3×3×3[19]. Defnyddiwyd y dull ffonon wedi'i rewi i gyfrifo'r sbectrwm dirgryniad dellt yn y pecyn meddalwedd Phonopy. Er mwyn osgoi dylanwad amodau terfyn cyfnodol, defnyddiwyd strwythur uwchgell 3×3×1 i gyfrifo cysonion grym a sbectra ffonon cyfnod P2 NaMnO2 a Na[Mg0.33Mn0.67]O2. Defnyddir model gwefr pwynt Coulomb i gyfrifo meddiannaeth ïon y strwythur desodium yn gyflym, a dewisir y ffurfwedd meddiannu Na â'r egni Coulomb isaf ar gyfer cyfrifiadau egwyddorion cyntaf mwy cywir[20]. Gellir mynegi foltedd gollwng y deunydd electrod fel [20]:
$V=-\frac{G(\text{N}{{\text{a}}_{{x}_{2}}}}\text{M }{{\text{O}}_{2}})-G(\text{N}{{\text{a}}_{{{x}_) {1}}}}\text{M}{{\text{O}}_{2}})-({{x}_{2}}-{{x}{} {16}}{1}})G(\text{Na})}{({{x}_{2}}-{{x}_{1}}){{ e}^{-}}}$
Lle G yw cyfanswm egni'r system gyfatebol, ac e- yw gwefr yr elfen[21].
2 Canlyniadau a thrafodaeth
2.1 Nodweddion microstrwythurol a sefydlogrwydd strwythurol
The space group of the P2 phase NaMnO2 structure is R$\bar{3}m (Fig. 1)[22,23]. The spatial configuration of the Mg solid solution Na0.67[Mg0.33Mn0.67]O2 structure is similar to that of NaMnO2. Mg ions replace 1/3 of the Mn ions in the transition metal layer. The theoretical ion ratio of Mg to Mn is 1:2. Experimental characterization found that at this ratio, Mg ions in the Nax[Mg0.33Mn0.67]O2 structure only form disordered arrangements with Mn, retaining the order of the Na layer[24]. When the ion ratio Mg:Mn>Bydd 1:2, Mg, Na, a Mn yn ffurfio trefniant anhrefnus o catïonau. Fel y dangosir yn Ffigur 1(A), dull pentyrru ocsigen dellt yw ABBA..., mae Mg a Mn yn y drefn honno yn meddiannu'r safleoedd octahedrol rhwng yr haenau ocsigen AB, ac mae Na yn meddiannu'r safleoedd prism trionglog rhwng yr haenau ocsigen AA a BB[ 25,26]. Fel y dangosir yn Ffigur 1(B), mae trefniant diliau o Mg a Mn yn yr haen fetel trosiannol[27], sy'n debyg i'r trefniant rhwng Li a Mn mewn cyfansoddion llawn lithiwm[28]. Mae'r [MgO6] octahedron wedi'i drefnu gyda 6 [MnO6] octahedron yn rhannu ymylon[29,30]. Yn haen fetel alcali y strwythur Na0.67[Mg0.33Mn0.67]O2, mae dau safle dellt ar gyfer ïonau sodiwm. Mae un wedi'i drefnu gyda'r haenau uchaf ac isaf o [MgO6] neu [MnO6] octahedrons yn rhannu ymylon. Mae'r llall wedi'i threfnu'n goplanarol gyda haenau uchaf ac isaf o [MgO6] neu [MnO6] octahedronau.
Ffig. 1 Diagram sgematig o P2-Na2/3[Mg1/3Mn2/3]O2
Mewn strwythurau â gwahanol gynnwys ïon sodiwm, mae ïonau sodiwm yn cael eu heffeithio gan y rhyngweithio Coulomb rhwng Mn a Mg yn yr haen fetel trawsnewidiol ac ïonau Na yn yr haen fetel alcali, gan ddangos dau ddull meddiannu gwahanol. Felly, mae'r gwaith hwn yn gyntaf yn defnyddio model Coulomb i sgrinio'n gyflym y cyfluniad cam P2 Na0.67[Mg0.33Mn0.67]O2 gyda'r egni Coulomb isaf. Er mwyn gwirio'r rhesymoledd, fe wnaethom gyfrifo ac efelychu patrymau XRD y ffurfweddau sgrinio hyn a'u cymharu â'r canlyniadau a fesurwyd[11]. Dangosir y canlyniadau yn Ffigur 2. Mae'r cyfrifedig (016) a (110) ychydig yn symud i'r dde o'i gymharu â'r nodweddiad arbrofol, sy'n bennaf oherwydd bodolaeth strwythurau amorffaidd a diffygiol mewn rhai awyrennau grisial o'r deunyddiau a baratowyd yn arbrofol. . Mae strwythur y model cyfrifiadol yn strwythur grisial perffaith, felly mae gwyriad penodol rhwng ehangu XRD a dwyster brig yr efelychiad cyfrifiadol a'r canlyniadau arbrofol. Yn ogystal, mae trefniant o ïonau Na yn y ddwy awyren grisial hyn, ac mae mewnosod a datgysylltu ïonau Na yn rheswm posibl arall dros symud y safleoedd brig cyfatebol. Ar ôl ystyried yr effeithiau uchod, mae siâp brig a dwyster yr XRD efelychiedig yn gyson â'r canlyniadau arbrofol, a gall y model adeiledig atgynhyrchu'r wybodaeth ficrostrwythurol yn yr arbrawf, gan nodi bod y strwythur a sgriniwyd yn ddamcaniaethol yn gymharol gywir a dibynadwy[31,32] ].
Ffig. 2 Cymharu patrymau XRD wedi'u cyfrifo ac arbrofol Na0.67[Mg0.33Mn0.67]O2
Er mwyn astudio effaith hydoddiant solet Mg ar sefydlogrwydd adeileddol, defnyddiwyd yr egwyddorion cyntaf ynghyd â'r "dull ffonon wedi'i rewi" i gyfrifo sbectra dirgrynu dellt P{{{{{}}}}NaMnO2 a P{{2} }Na[Mg0.33Mn{{10}}.67]O2. Fel y dangosir yn Ffigur 3, nid oes gan y don meddianol unrhyw amledd dychmygol yn y parth Brillouin cyfan, sy'n dangos bod gan P2-Na[Mg0.33Mn0.67]O2 sefydlogrwydd deinamig. Trwy gymharu sbectra phonon y ddau ddeunydd, canfuwyd nad oedd dopio Mg yn newid yr ystod amlder dirgryniad yn sylweddol ac nid oedd ganddo fawr o effaith ar y dirgryniad dellt. Roedd y strwythur Mg-doped hefyd yn dangos sefydlogrwydd deinamig da. Yn ogystal, mae Bruce et al. paratowyd cam P2 Na[Mg0.33Mn0.67]O2 yn llwyddiannus gyda hydoddiant solet Mg, a ddangosodd ymhellach fod gan y defnydd sefydlogrwydd thermodynamig ychwanegol. Felly, nid yw'n anodd gweld bod gan P2-Na[Mg0.33Mn0.67]O2 sefydlogrwydd adeileddol da.
Ffig. 3 Cromliniau gwasgariad ffonon o (A) NaMnO2 a (B) Na0.67[Mg0.33Mn0.67]O2
2.2 Dadansoddiad o briodweddau electrocemegol cam P2 Nax[Mg1/3Mn2/3]O2
Er mwyn astudio effaith dopio Mg ar briodweddau electrocemegol deunyddiau, fe wnaethom gyfrifo foltedd gollwng strwythur hydoddiant solet Mg P{{{0}}Nax[Mg0.33Mn{7} }.67]O2 (Ffigur 4). Mae amrediad crynodiad ïonau Na yn cael ei ganfod yn arbrofol, hynny yw, 0.11 Llai na neu hafal i x Llai na neu hafal i 0.66[11]. Mae Ffigur 4(A) yn dangos yr adeileddol newidiadau yn ystod y broses ryddhau, ac mae ei foltedd cyfatebol (Ffigur 4(B)) yn bennaf yn cynnwys tri llwyfan: 3.4, 2.9 a 2.1 V. Y gallu damcaniaethol a ragwelir yw 152 mAh/g, sydd yn y bôn yn gyson â'r canlyniadau arbrofol[11] . Mae'r gromlin foltedd rhyddhau a gyfrifir o'r egwyddorion cyntaf ychydig yn uwch na'r canlyniad mesuredig gwirioneddol. Y prif reswm yw bod y cyfrifiad egwyddorion cyntaf yn anwybyddu dylanwad amodau mesur arbrofol, megis electrolyte, tymheredd mesur arbrofol dargludedd ïon lithiwm, ac ati. gromlin, mae'r duedd newid cyffredinol yn gyson. Felly, gellir ystyried bod foltedd Nax[Mg0.33Mn0.67]O2, yn ystod y broses ryddhau gyfan, yn gyson â'r canlyniadau arbrofol[12,20]. Pan fydd x<66%, Nax[Mg0.33Mn0.67]O2 has a high voltage of about 3.0 V, and there is no obvious additional voltage platform, indicating that the substitution of Mg2+ for Mn3+ has the effect of inhibiting sodium ion rearrangement and structural phase change. Previous charge and discharge studies on NaMnO2 and other systems have found that the orderly arrangement of transition metals is usually accompanied by more voltage platforms.
Ffig. 4 (A) Newidiadau strwythurol a gyfrifwyd gan DFT a (B) cromlin foltedd gollwng P2-Nax[Mg0.33Mn0.67]O2 yn ystod rhyddhau
O dan amgylchiadau delfrydol, cyflyrau falens Mg a Mn yn Na2/3[Mg0.33Mn0.67]O2 yw +2 a +4 yn y drefn honno, ac ni allant barhau i gael ei ocsidio i gyflyrau falens uwch. Felly, nid oes unrhyw weithgaredd electrocemegol cation yn y system, ac mae proses codi tâl a rhyddhau'r deunydd yn adwaith electrocemegol anion. Yn Na0.67MnO2, cyflwr falens cychwynnol ïonau Mn yw +3.33. Yn ystod y broses wefru, gall ïonau Mn drosglwyddo 0.67 electronau allan i gyrraedd falens sefydlog o +4. Ar hyn o bryd, mae'r holl Na+ wedi'i ryddhau, ac nid yw'r ocsigen dellt erioed wedi cymryd rhan yn yr adwaith electrocemegol[34]. Felly, mae proses gwefru a rhyddhau Na0.67MnO2 yn ymddangos fel adwaith electrocemegol cationig. Mae llawer o astudiaethau wedi dangos, pan fo nifer yr electronau a gollir gan ocsigen delltog yn llai na 0.33, mae gan yr adwaith electrocemegol anionig wrthdroadwyedd da[{11-12,28]. Mae ocsidiad gormodol anionau ocsigen (mae nifer yr electronau a gollwyd yn fwy na 0.33) yn achosi i gyfluniad electronau ocsigen wyro oddi wrth y rheol wyth-cyplydd sefydlog, gan arwain at adwaith trawsnewid anwrthdroadwy a ffurfio OO bond. Gall hyd yn oed arwain at esblygiad ocsigen a gwefr a gollyngiad anwrthdroadwy o'r strwythur electrod[27,35]. Yn Na0.67[Mg0.33Mn0.67]O2, os ystyrir cyflwr terfyn colledion tâl. Hynny yw, pan fydd ïonau Na yn cael eu datgysylltu'n llwyr i ffurfio'r strwythur Na{0[Mg{{40}}.33Mn0.67]strwythur O2, mae Mg a Mn bob amser yn cynnal {{ 45}} a +4 falens. Mae'r anion O yn cael ei ocsidio i -1.67 falens, gan golli 0.33 electronau, sy'n is na therfyn adwaith electrocemegol anion na ellir ei wrthdroi. Felly, yn yr adwaith codi tâl cyfan o Na0.67[Mg0.33Mn0.67]O2, nid oes angen ad-drefnu'r ocsigen dellt yn ofodol, ac mae'r adwaith electrocemegol yn gildroadwy. Mae cyflwyno Mg2+ nid yn unig yn cynnal y gallu penodol cildroadwy, ond hefyd yn cynyddu dwysedd ynni'r deunydd trwy gynyddu'r foltedd rhyddhau.
Er mwyn profi gweithgaredd electrocemegol ocsigen yn y deunydd Nax[Mg{{{0}}.33Mn0.67]O2 yn ystod y broses ryddhau, fe wnaethom gyfrifo dwysedd electronig y cyflyrau (Ffigur 5) ar gyfer y cychwynnol a'r strwythurau rhyddhau terfynol y deunydd. Canfuwyd, yn ystod y broses ryddhau, bod ïonau Na wedi'u hymgorffori'n raddol, cynyddodd cyfanswm yr electronau yn y system, a symudodd lefel Fermi i lefel egni uwch. Mae nifer y tyllau yn yr orbit O2p yn gostwng yn raddol, gan ddangos bod yr electronau sy'n mynd i mewn i'r system yn cael eu trosglwyddo i orbitau gwag ocsigen dellt, ac mae'r ocsigen dellt yn cael ei leihau. Yn ystod proses ollwng y deunydd electrod, mae'r ocsigen dellt yn cymryd rhan yn adwaith electrocemegol anionau. Ar yr adeg hon, nid oes bron unrhyw newid yn yr electronau orbitol Mn-d, ac nid oes unrhyw drosglwyddiad gwefr, hynny yw, nid yw cyflwr falens Mn yn newid yn ystod y broses ryddhau, sy'n profi nad yw Mn yn electrocemegol weithredol[12, 36]. Fodd bynnag, yn ystod proses arllwys P2-NaxMnO2, mae electronau yn parhau i lenwi'r orbitalau gwag Mn ac O ynni uchel, sy'n dangos bod Mn ac O yn actif yn electrocemegol a'u bod yn adwaith electrocemegol nodweddiadol lle mae anionau a catïonau'n cydweithredu .
Ffig. 5 Dwysedd electronig cyflyrau (A) P2-Nax[Mg0.33Mn0.67]O2 a (B) P2-NaxMnO2 dan Na gwahanol cynnwys ïon yn ystod rhyddhau
PDOS: dwysedd rhagamcanol o daleithiau
Gellir dod i gasgliad cyson trwy ddadansoddiad poblogaeth gwefr (Ffigur 6). Yn ystod y broses ollwng Nax[Mg0.33Mn0.67]O2, nid yw swm gwefr ïonau Mn yn y bôn yn newid, felly nid yw'n cymryd rhan yn yr adwaith electrocemegol; yn y broses o gynyddu'r cynnwys Na o 0.11 i 0.66, cafodd yr ïonau O tua 0.2e- . Digwyddodd llenwi gwefr sylweddol, gan ddangos gweithgaredd electrocemegol anionig[37]. Trwy ddadansoddiad poblogaeth gwefr o P2-NaxMnO2, canfuwyd wrth i’r cynnwys Na gynyddu, fod Mn ac O yn cymryd rhan ar y cyd yn yr adwaith electrocemegol. Mae'r canlyniad hwn yn gyson â'r dadansoddiad o ddwysedd taleithiau electronig. Profir bod datrysiad solet Mg yn newid mecanwaith adwaith electrocemegol y system o adwaith electrocemegol cydweithredol anion a cation i adwaith electrocemegol anion cildroadwy, ac nid yw'r broses hon yn effeithio ar wrthdroadwyedd gwefr a rhyddhau'r deunydd.
Ffig. 6 Dadansoddiad gwefr o (A) Nax[Mg0.33Mn0.67]O2 a (B) P2-NaxMnO2 o dan gynnwys ïon sodiwm gwahanol
3 Casgliad
Defnyddiodd yr astudiaeth hon gyfrifiadau egwyddorion cyntaf i astudio'n systematig nodweddion microstrwythurol, sefydlogrwydd cinetig a gweithgaredd electrocemegol Mg2+ hydoddiant solet cyfnod P2 Nax[Mg1/3Mn2/3]O2. Mae cyflwyno Mg2+ yn newid math adwaith electrocemegol y deunydd o adwaith electrocemegol cydweithredol anionig a cationig NaxMnO2 i adwaith electrocemegol anionig cildroadwy Nax[Mg{{1{2+}}.33Mn{ {16}}.67]O2. Pan fydd yr anion O yn P2-Nax[Mg0.33Mn0.67]O2 yn cymryd rhan yn yr adwaith electrocemegol, mae'r ystod cynnydd a cholled gwefr yn llai na 0.33, sydd â da gwrthdroadwyedd. Mae cyflwyno Mg2+ nid yn unig yn cynyddu foltedd rhyddhau'r deunydd, ond hefyd yn cynnal cynhwysedd penodol cildroadwy y deunydd, ac yn y pen draw yn cynyddu dwysedd ynni'r deunydd.
Mewn deunyddiau electrod ïon sodiwm, mae cyflwyno metelau daear alcalïaidd i'r haen fetel trawsnewidiol ar gyfer datrysiad solet cationig yn strategaeth optimeiddio perfformiad deunydd newydd. Ei fecanwaith sylfaenol yw sbarduno gweithgaredd electrocemegol anionau trwy aberthu gweithgaredd electrocemegol cationau, newid mecanwaith adwaith electrocemegol y deunydd, cynyddu'r foltedd rhyddhau, ac yn y pen draw optimeiddio dwysedd ynni'r deunydd. Mae'r strategaeth hon nid yn unig yn darparu dull newydd ar gyfer dylunio deunyddiau electrod ar gyfer batris sodiwm-ion, ond hefyd yn darparu syniadau newydd ar gyfer optimeiddio ac archwilio batris ïon eraill.
Cyfeiriadau
[1] HU YING-YING, WEN ZHAO-YIN, RUI-KUN, et al. Statws ymchwil a datblygu diweddaraf batris sodiwm. Gwyddoniaeth a Thechnoleg Storio Ynni, 2013, 2(2):81-90.
[2] SHEN GUAN-YE, LI CHEN, XU BING-LIANG, et al. Dyraniad economaidd ar gyfer system storio ynni o ystyried ynni gwynt. Journal of Northeast Electric Power University, 2018, 38(4):27-34.
[3] MA CHAO, ZHAO XIAO-LIN, KANG LI-TAO, et al. Defnyddiau anod deucarbocsylate nad ydynt yn gyfun ar gyfer celloedd electrocemegol. Angew. Cemeg. Int. Gol., 2018,57(29):8865-8870.
[4] RICHARDS WD, DACEK ST, KITCHAEV DA, et al. Fflworeiddio deunyddiau catod metel ocsid pontio lithiwm-dros ben. Deunyddiau Ynni Uwch, 2018, 8(5): 1701533.
[5] XIANG XING-DE, ZHANG KAI, CHEN MEHEFIN. Datblygiadau diweddar a rhagolygon o ddeunyddiau catod ar gyfer batris sodiwm-ion. Adv. Mater., 2015, 27(36):5343-5364.
[6] MA CHAO, ZHAO XIAO-LIN, HARRIS MM, et al. Asid wrig fel cyfansoddyn sy'n weithredol yn electrocemegol ar gyfer batris sodiwm-ion: Na+-mecanweithiau storio π-conjugation fesul cam ac anion carbon sefydlog. Deunyddiau a Rhyngwynebau Cymhwysol ACS, 2017, 9(39):33934-33940.
[7] LEE DH, XU JING, MENG Y S. Mae catod uwch ar gyfer batris Na-ion gyda chyfradd uchel a sefydlogrwydd strwythurol rhagorol. Phys. Cemeg. Cemeg. Corff., 2013,15(9):3304-3312.
[8] KUBOTA K, YABUUCHI N, YOSHIDA H, et al. Ocsidau haenog fel deunyddiau electrod positif ar gyfer batris Na-ion. Bwletin MRS, 2014, 39(5):416-422.
[9] CLÉMENT RJ, BRUCE PG, GRAY C P. Adolygiad — P2-math o ocsidau metel trosiannol yn seiliedig ar fanganîs fel deunyddiau catod batri sodiwm-ion. Cylchgrawn y Gymdeithas Electrocemegol, 2015, 162(14):A2589-A2604.
[10] BERTHELOT R, CARLIER D, DELMAS C. Ymchwiliad electrocemegol i ddiagram cyfnod P2-NaxCoO2. Nat. Mater., 2011,10(1):74-80.
[11] YABUUCHI N, HARA R, KUBOTA K, et al. Deunydd electrod newydd ar gyfer batris sodiwm y gellir eu hailwefru: P2-math Na2/3[Mg0.28Mn0.72]O2 gyda chynhwysedd gwrthdroadwy anarferol o uchel. J. Mater. Cemeg. A, 2014, 2(40):16851-16855.
[12] MAITRA U, HOUSE RA, SOMERVILLE JW, et al. Cemeg rhydocs ocsigen heb ïonau alcali-metel gormodol yn Na2/3[Mg0.28Mn0.72]O2. Nat. Cemeg., 2018,10(3):288-295.
[13] GUO SHAO-HUA, SUN YANG, YI JIN, et al. Deall trylediad sodiwm-ion mewn ocsidau P2 a P3 haenog trwy arbrofion a chyfrifiadau egwyddorion cyntaf: pont rhwng strwythur grisial a pherfformiad electrocemegol. Deunyddiau NPG Asia, 2016, 8: e266.
[14] JI HUI-WEI, KITCHAEV DA, LUN ZHANG-YAN, et al. Ymchwiliad cyfrifiadol a gwireddu arbrofol o gathodau Li-ion capasiti uchel anhrefnus yn seiliedig ar redox Ni. Cemeg Deunyddiau, 2019, 31(7):2431-2442.
[15] LEE J, URBAN A, LI XIN, et al. Datgloi potensial ocsidau ag anhwylder catation ar gyfer batris lithiwm y gellir eu hailwefru. Gwyddoniaeth, 2014,343(6170):519-522.
[16] URBAN A, LEE J, CEDER G. Gofod ffurfweddiadol ocsidau halen craig ar gyfer electrodau batri lithiwm gallu uchel. Deunyddiau Ynni Uwch, 2014, 4(13): 1400478.
[17] CHAKRABORTY A, DIXIT M, AURBACH D, et al. Rhagfynegi priodweddau catod cywir deunyddiau ocsid haenog gan ddefnyddio swyddogaeth dwysedd meta-GGA SCAN. npj Deunyddiau Cyfrifiadurol, 2018, 4:60.
[18] TREFOL A, ABDELLAHI A, DACEK S, et al. Tarddiad strwythur electronig o anhwylder catïo mewn ocsidau metel trosiannol. Phys. Parch. Lett., 2017, 119(17):176402.
[19] ASSAT G, TARASCON J M. Dealltwriaeth sylfaenol a heriau ymarferol gweithgaredd rhydocs anionig mewn batris Li-ion. Ynni Natur, 2018,3(5):373-386.
[20] YABUUCHI N, NAKAYAMA M, TAKEUCHI M, et al. Tarddiad sefydlogi ac ansefydlogi mewn adwaith rhydocs cyflwr solet o ïonau ocsid ar gyfer batris lithiwm-ion. Nat. Cymun., 2016,7:13814.
[21] SANNYAL A, AHN Y, JANG J. Astudiaeth egwyddorion cyntaf ar y siligen dau-ddimensiwn (2D SiGe) fel deunydd anod o fatri ïon metel alcali. Gwyddor Defnyddiau Cyfrifiadurol, 2019,165:121-128.
[22] LI HONG, HU YONG-SHENG, PAN HUI-LIN, et al. Cynnydd ymchwil ar strwythur deunydd electrod o batri storio ïon sodiwm tymheredd ystafell. Scientia Sinica Chimica, 2014, 44(8):1269-1279.
[23] WANG YUE-SHENG, XIAO RUI-JUAN, HU YONG-SHENG, et al. P{4}}Na0.6[Cr0.6Ti0.4]O2 electrod ag anhwylder catation ar gyfer batris sodiwm-ion ailwefradwy cymesur uchel. Nat. Cymun., 2015, 6:6954.
[24] WANG QIN-CHAO, MENG JING-KE, YUE XIN-YANG, et al. Tiwnio P2-deunydd catod strwythuredig trwy amnewid Na-site Mg am fatris Na-ion. J. Am. Cemeg. Soc., 2019,141(2):840-848.
[25] MENDIBOURD A, DELMAS C, HAGENMULLER C. Intercalation electrocemegol a deintercalation efydd NaxMnO2. Gwasg Academaidd, 1985,57(3):323-331.
[26] SOMERVILLE JW, SOBKOWIAK A, TAPIA-RUIZ N, et al. Natur y "Z" - cyfnod mewn catodau batri Na-ion haenog. Gwyddor Ynni a'r Amgylchedd, 2019,12(7):2223-2232.
[27] QU JIE, WANG DONG, YANG ZU-GUANG, et al. Addasu catod cyfansawdd wedi'i achosi gan ïon-doping-safle-amrywiad: astudiaeth achos o haen-twnnel Na0.6MnO2 gyda Mg2+ dopio ar safle Na/Mn. ACS Appl. Mater. Rhyngwynebau, 2019,11(30):26938-26945.
[28] SATO T, SATO K, ZHAO WEN-WEN, et al. Ocsidau tebyg i halen y graig sydd ag anhwylder halen y graig metasadaidd a nanosize: ailymweliad â stoichiometric LiMnO2 a NaMnO2. Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6(28):13943-13951.
[29] GUIGNARD M, DELMAS C. Defnyddio batri i syntheseiddio ocsidau vanadium newydd. Dewis Cemeg, 2017,2(20):5800-5804.
[30] WANG PENG-FEI, YAO HU-RONG, LIU XIN-YU, , et al. Mae anhwylder anhwylder ar swyddi gwag Na+/ yn addo batris Na-ion cyfradd uchel. Cynnydd Gwyddoniaeth, 2018, 4(3): eaar6018.
[31] KIM H, KIM DJ, SEO DH, et al. Astudiaeth ab initio o'r cyfnodau rhyngosod sodiwm a'r cyfnodau canolradd yn Na0.44MnO2 ar gyfer batri sodiwm-ion. Cemeg Deunyddiau, 2012, 24(6):1205-1211.
[32] LI XIN, MA XIAO-HUA, SU DONG, et al. Delweddu effaith Jahn-Teller yn uniongyrchol ynghyd ag archebu Na yn Na5/8MnO2. Nat. Mater., 2014, 13(6):586-592.
[33] WANG YOUWEI, WANG JUNKAI, ZHAO XIAOLIN, et al. Lleihau gorbotensial gwefr batris Li-O2 trwy ddylunio catod aliniad band. Gwyddor Ynni a'r Amgylchedd, 2020,13(8):2540-2548.
[34] ZHENG C, RADHAKRISHNAN B, CHU IH, et al. Effeithiau cymysgu metel trosiannol ar drefn Na a chineteg wedi'i fewnosod ocsidau P2. Adolygiad Corfforol Cymhwysol, 2017, 7(6):064003.
[35] LUN ZHENG-YAN, OUYANG B, CAI ZI-JIAN, et al. Egwyddorion dylunio ar gyfer catodau halen y graig sydd â chapasiti uchel wedi'u seilio ar catïon. Cemeg, 2020, 6(1):153-168.
[36] SEO DH, LEE J, URBAN A, et al. Tarddiad strwythurol a chemegol y gweithgaredd rhydocs ocsigen mewn deunyddiau catod Li-dros ben haenog ac anhrefnus catod. Nat. Cemeg., 2016,8(7):692-697.
[37] BAI QIANG, YANG LU-FENG, CHEN HAI-LONG, et al. Astudiaethau cyfrifiannol o ddeunyddiau electrod mewn batris sodiwm-ion. Deunyddiau Ynni Uwch, 2018, 8(17): 1702998.
