Nhờ chi phí nguyên liệu thô thấp và tuổi thọ dài nhờ cấu trúc ổn định của chúng, cực âm photphat gốc sắt được coi là một trong những cực âm hứa hẹn nhất cho pin Na-ion (NIB).
Cấu trúc không đồng nhất xen kẽ hai pha được hình thành bởi NFP và NFPP-4.0 trong vật liệu tổng hợp mới NFPP-4.5 và kích hoạt NFP. Tín dụng: Xu Chunliu
Trong số các catốt photphat gốc sắt khác nhau, pha maricite của NaFePO4 (NFP) thường được cho là trơ về mặt điện hóa do không có kênh khuếch tán ion Na+ hiệu quả, trong khi Na2FeP2O7 thể hiện các kênh Na+ ba chiều mở nhưng công suất lý thuyết thấp và không ổn định trong không khí. .
Ngược lại, Na4Fe3(PO4)2P2O7 (NFPP-4.0) cho phép công suất lý thuyết cao ~130 mA hg-1 và đầu ra ở mức 3,1 V cũng như độ ổn định không khí tốt. Vì vậy, NFPP-4.0 đã thu hút được sự chú ý lớn trong những năm gần đây từ các nhà nghiên cứu và những người quan tâm đến ứng dụng công nghiệp.
Tuy nhiên, khả năng đảo ngược thực tế của NFPP-4.0 bị giới hạn ở phạm vi 110 đến 120 mA hg-1 do khiếm khuyết về cấu trúc, thấp hơn nhiều so với giá trị lý thuyết của nó. Do đó, việc cải thiện hơn nữa khả năng thuận nghịch và mật độ năng lượng của phốt phát gốc sắt là một thách thức.
Để giải quyết vấn đề này, một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Zhao Junmei dẫn đầu từ Viện Kỹ thuật Quá trình của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc gần đây đã báo cáo một chiến lược hiệu quả nhằm cải thiện khả năng thuận nghịch và mật độ năng lượng của catốt photphat gốc sắt thông qua việc kích hoạt pha NFP trơ. Nghiên cứu được công bố trên Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ vào ngày 28 tháng 3.
Để tăng công suất lý thuyết và mật độ năng lượng, các nhà nghiên cứu đã đề xuất kết hợp pha NFP maricite vào vật chủ NFPP-4.0 để tạo ra photphat gốc sắt với hàm lượng Fe2+ hoạt động mạnh hơn dựa trên sự hình thành cấu trúc không đồng nhất.
Cực âm Na4.5Fe3.5(PO4)2.5(P2O7) được tối ưu hóa cuối cùng (tức là NFPP-4.5; tỷ lệ mol của NFP/NFPP-4.0 là 0,5:1) cho phép kích hoạt hoàn toàn NFP trơ và mang lại khả năng đảo ngược trên 130 mA h g-1, do đó làm tăng mật độ năng lượng lên 400 W h kg-1, gần với mật độ năng lượng cao nhất của các cực âm đa anion gốc sắt được sử dụng trong NIB.
Nhiễu xạ tia X (XRD) cho thấy rằng NFPP-4.5 bao gồm cấu trúc không đồng nhất tăng trưởng hai pha dựa trên các pha NFP và NFPP-4.0, trong đó các miền nano NFP được phân phối trong ma trận NFPP-4.0 liên tục, do đó tạo ra khả năng tương thích và giao diện thẩm thấu. Các giao diện hai pha như vậy có thể kích hoạt sự vận chuyển Na+ trong các miền nano NFP, góp phần kích hoạt điện hóa của nó trong các cực âm tổng hợp.
XRD tại chỗ cũng xác nhận rằng NFP trải qua quá trình chuyển đổi vô định hình trong lần sạc đầu tiên và duy trì tính chất vô định hình này trong các chu kỳ tiếp theo, đây là chìa khóa để đạt được công suất cao của NFPP-4.5 khi kích hoạt NFP trơ.
Ứng dụng thực tế của NFPP-4.5 đã được xác thực bằng quá trình tổng hợp quy mô các sản phẩm cấp kg và tế bào túi, cho thấy khả năng sạc nhanh mong muốn và hiệu suất đạp xe vượt trội. Khi được sạc ở 5 C (tức là gấp 5 lần dung lượng sạc pin, nghĩa là dòng sạc tương đối cao), khả năng đảo ngược của các tế bào túi vẫn duy trì khả năng duy trì 80% so với 0,1 C (tức là 0,1 lần dung lượng sạc pin). Các tế bào dạng túi đã thể hiện khả năng duy trì công suất tuyệt vời trên 88% sau khi đạp xe ở nhiệt độ 3 C (tức là gấp ba lần công suất sạc pin) 2.000 lần, cho thấy triển vọng ứng dụng rất lớn.
Nói chung, công việc này cung cấp hướng dẫn về cách phát triển các cực âm đa năng hiệu suất cao, chi phí thấp có thể được sử dụng trong NIB.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLtd
