Tìm kiếm anatase ổn định nhiệt cho pin natri-ion
của Beijing Institute of Technology Press Co.
Các nhà nghiên cứu từ trường đại học Qingdao đã tổng hợp các vật liệu cực dương dựa trên titanium dioxide hiệu suất cao với độ ổn định chu kỳ xuất sắc để lưu trữ ion natri. Ảnh: Đại học Thanh Đảo
Xe điện, chạy bằng năng lượng tái tạo thay vì nhiên liệu hóa thạch hữu hạn, là lựa chọn xanh tốt nhất — nhưng chúng có thể bền vững hơn. Là nguồn năng lượng phổ biến nhất trong các loại xe điện và thiết bị điện tử di động, pin lithium-ion dựa vào một kim loại khan hiếm và đắt tiền để hoạt động. Các nhà nghiên cứu ở Trung Quốc đã đánh giá tình trạng hiện tại của nghiên cứu này và đưa ra những hướng đi tiềm năng để đạt được pin bền vững hơn.
Họ đã xuất bản công việc của mình vào ngày 6 tháng 10 trên tạp chí Energy Material Advances.
Tác giả bài báo Xiu Song Zhao, giáo sư tại Viện Vật liệu Năng lượng và Môi trường, Đại học Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu thuộc Đại học Qingdao cho biết: “Việc phát triển các loại pin hiệu suất cao và tiết kiệm chi phí đang được công chúng ủng hộ. "Với sự thúc đẩy nhanh chóng của các phương tiện năng lượng mới, nhu cầu về pin lithium-ion ngày càng tăng, tuy nhiên, nguồn lithium trên trái đất đang khan hiếm, và việc phát triển và khám phá các công nghệ lưu trữ năng lượng mới có thể thay thế lithium có ý nghĩa thực tế rất lớn. -các loại pin. "
Lin giải thích rằng pin natri-ion cho các ứng dụng lưu trữ năng lượng quy mô lớn thu hút sự chú ý ngày càng tăng, đây sẽ là một ứng cử viên mạnh mẽ để thay thế pin lithium-ion.
"Natri có nhiều trong vỏ trái đất hơn lithium, nên nó phù hợp hơn cho việc lưu trữ năng lượng điện hóa quy mô lớn. Tiềm năng của pin nửa ion natri cao hơn 0,3 V so với pin lithium-ion, dẫn đến sự lựa chọn rộng rãi hơn chất điện phân. Và bộ thu nhôm có thể được sử dụng cho cực dương, điều này sẽ giảm chi phí một lần nữa. Tuy nhiên, bán kính lớn hơn và trọng lượng mol nặng hơn của ion natri so với ion liti dẫn đến các yêu cầu về cơ bản đối với vật liệu điện cực. Do đó, sự phát triển của Zhao nói.
"Titanium dioxide là một vật liệu cực dương đầy hứa hẹn cho pin natri-ion do không độc hại, chi phí thấp và lượng titan dồi dào trong tự nhiên. Anatase dẫn điện hơn trong việc lưu trữ các ion natri do sự xếp chồng đặc biệt của khối bát diện TiO6 với hai- các kênh chiều để vận chuyển Na +. "
Tuy nhiên, một số trở ngại đã cản trở tiến độ nghiên cứu của anatase. Theo Zhao, những thách thức chính đối với anatase bao gồm độ dẫn điện tử kém và sự khuếch tán ion làm hạn chế đáng kể khả năng tốc độ và hiệu suất chu kỳ dài hạn. Khả năng tốc độ kém hạn chế các ứng dụng trong các thiết bị điện tử công suất lớn và hiệu suất đạp xe kém cản trở đáng kể khả năng nhận dạng thực tế của pin natri-ion.
Để vượt qua những thách thức này, Zhao cho biết nhiều nghiên cứu tập trung vào lớp phủ vật liệu dẫn điện, cấu trúc nano và xây dựng cấu trúc xốp. Zhao và nhóm của ông đã trình diễn phương pháp sol-gel để tổng hợp anatase xốp, bền nhiệt được bao phủ bởi carbon. Cấu trúc đặc biệt tạo ra các kênh vận chuyển ion điện giải và tăng diện tích bề mặt để lưu trữ điện tích.
Khi thử nghiệm anatase tổng hợp trong nửa pin, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng pin có dung lượng cụ thể có thể đảo ngược là 228 mAh g-1 ở mật độ dòng điện 0,05 A g-1 với dung lượng duy trì 100% sau 2.000 chu kỳ ở 1 A g. -1. Cả nhiễu xạ tia X tại chỗ và quang phổ Raman đều cho thấy đặc tính biến dạng gần như bằng không của anatase trong quá trình tích điện / phóng điện.
Kết quả là kính hiển vi điện tử truyền tại chỗ, quang phổ quang điện tử tia X ngoài hiện trường và kính hiển vi điện tử quét cho thấy một quá trình kích hoạt chiếu xạ không thể đảo ngược để tạo thành pha TiO2 được chiếu xạ trong quá trình phóng điện ban đầu. Một tế bào đồng xu đầy đủ được lắp ráp với anatase làm cực dương và Na3V2 (PO4) 3 làm cực âm cung cấp mật độ năng lượng là 220 Wh kg-1.
Zhao cho biết: “Công trình này đã điều chế anatase với cấu trúc đặc biệt để cải thiện độ dẫn điện tử và động học khuếch tán ion, dẫn đến hiệu suất tốc độ tốt và độ ổn định chu kỳ tuyệt vời để lưu trữ ion natri”. "Đặc điểm tại chỗ và ngoài hiện trường cho thấy cơ chế lưu trữ natri, chỉ ra rằng quá trình hoạt hóa natri xảy ra trong quá trình chiếu xạ ban đầu dẫn đến hiệu suất đồng tổng hợp ban đầu thấp. Công trình này cung cấp một phương pháp tổng hợp vật liệu anốt dựa trên titan điôxít hiệu suất cao và ý tưởng để nghiên cứu cơ chế lưu trữ của anatase. "
