Phương pháp mới ổn định hexacyanoferrat natri mangan hình thoi cho pin Na-ion năng lượng cao
của Li Yuan, Học viện Khoa học Trung Quốc
Các cấu hình tế bào đầy đủ natri mangan hexacyanoferrat cho thấy mật độ năng lượng có thể so sánh được với mật độ năng lượng của các tế bào đầy đủ LiFePO4 nổi tiếng. Ảnh: Angewandte Chemie Phiên bản quốc tế (2023). DOI: 10.1002/anie.202217761
Natri mangan hexacyanoferrat hình thoi (MnHCF) được coi là vật liệu catốt có thể mở rộng, chi phí thấp và năng lượng cao cho pin Na-ion do không có nước tinh thể.
Tuy nhiên, hiệu ứng Jahn-teller bất ngờ và sự biến đổi pha đáng kể gây ra sự hòa tan Mn và thay đổi thể tích dị hướng, dẫn đến mất công suất và mất ổn định cấu trúc. Do đó, điều quan trọng là xây dựng một lớp phủ mạnh mẽ và bao phủ đầy đủ trên bề mặt của các hạt MnHCF để giải quyết sự mất ổn định của chu kỳ.
Một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Zhao Junmei từ Viện Kỹ thuật Quy trình (IPE) của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc dẫn đầu đã báo cáo một lộ trình đơn giản ở nhiệt độ phòng để tạo ra lớp vỏ CoxB kỳ diệu trên bề mặt MnHCF, chứng minh tuổi thọ chu kỳ hàng nghìn chu kỳ và mật độ năng lượng cao gần bằng LiFePO4 đối với pin Li-ion.
Nghiên cứu đã được xuất bản trên Angewandte Chemie International Edition vào ngày 31 tháng 1.
Giáo sư Zhao cho biết: “CoxB được tổng hợp ở nhiệt độ phòng dường như được thiết kế riêng để làm chất phủ của cực âm MnHCF”. "Trong khi đó, CoxB là một loại thủy tinh borat kim loại, và do khả năng chống ăn mòn và mài mòn cao, nó cho thấy tính linh hoạt cơ học tốt, dự kiến sẽ ngăn chặn sự đứt gãy hoặc phân mảnh của các hạt catốt."
Hơn nữa, CoxB có thể hoạt động như một chất dẫn kép của các electron và ion hỗn hợp. Những ưu điểm độc đáo này làm cho catốt MnHCF phủ CoxB tối ưu (MnHCF-5%CoxB) mang lại công suất ban đầu ~133 mA h g-1 ở 10 độ C, cao hơn công suất của MnHCF trần (~110 mA h g-1) .
Quan trọng hơn, các mẫu được phủ có thể duy trì khả năng duy trì trên 80%, vượt trội hơn nhiều so với mẫu nguyên sơ (41%). Trong cấu hình tế bào đầy đủ, MnHCF-5%CoxB//HC mang lại mật độ năng lượng cao là 310 Wh kg-1 dựa trên tổng khối lượng của các chất hoạt tính cực âm/cực dương, tương đương với cực âm LFP thương mại (~330 kg-1).
Giáo sư Zhao cho biết: “MnHCF-5%CoxB//HC cho thấy khả năng duy trì công suất ấn tượng ~71% ở 5 độ C sau khi quay 1.000 chu kỳ, đây là một bước đột phá đáng kể trong số các tế bào MnHCF đầy đủ không chứa nước”.
