Hoạt tính điện hóa của vật liệu điện cực dương P{0}}Nax[Mg0.33Mn0.67]O2 Pin ion natri
Tác giả:TRƯƠNG Tiểu Quân1, Lý Giai Lạc1,2, QIU Wujie2,3, YANG Miaosen1, Liễu Kiến Quân2,3,4
1. Trung tâm khoa học công nghệ tỉnh Cát Lâm về chuyển đổi sạch và sử dụng sinh khối có giá trị cao, Đại học Điện lực Đông Bắc, Cát Lâm 132012, Trung Quốc
2. Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về gốm sứ hiệu suất cao và vi cấu trúc siêu mịn, Viện gốm sứ Thượng Hải, Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc, Thượng Hải 200050, Trung Quốc
3. Trung tâm Khoa học Vật liệu và Kỹ thuật Quang điện tử, Đại học Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, Bắc Kinh 100049, Trung Quốc
4. Trường Hóa học và Khoa học Vật liệu, Viện Nghiên cứu Cao cấp Hàng Châu, Đại học Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, Hàng Châu 310024, Trung Quốc
trừu tượng
Với ưu điểm giá thành rẻ và nguồn nguyên liệu phân bố rộng rãi, pin natri-ion được coi là vật liệu thay thế tốt nhất cho vật liệu làm cực âm của pin lithium-ion. Trong pha P2-NaMnO2 có cấu trúc phân lớp, dung dịch rắn nhị phân của lớp kim loại chuyển tiếp có thể cải thiện hiệu quả hiệu suất điện hóa của vật liệu điện cực. Trong nghiên cứu này, mô hình cấu trúc của Nax[Mg0.33Mn0.67]O2 với dung dịch rắn ion Mg được xây dựng bằng mô hình Coulombic. Các tính toán theo nguyên tắc đầu tiên cho thấy điện áp phóng điện của Nax[Mg{{10}}.33Mn0.67]O2 đạt 3.0 V ở hàm lượng ion natri nhỏ hơn hơn {{20}}.67. Mật độ điện tử của các trạng thái và phân tích mật độ điện tích cho thấy dung dịch rắn Mg đã thúc đẩy hoạt động điện hóa anion của oxy mạng trong pha P2-Nax[Mg0,33Mn0,67]O2, làm biến đổi cơ chế phản ứng điện hóa của hệ thống từ phản ứng oxi hóa khử tổng hợp cation và anion đến phản ứng oxi hóa khử anion thuận nghịch. Sự biến đổi này cung cấp một phương pháp mới để thiết kế vật liệu điện cực cho pin ion Na, cũng như một phương pháp mới để tối ưu hóa và khám phá các loại pin ion khác.
Từ khóa:pin ion natri; hoạt động điện hóa; nguyên tắc đầu tiên; pha tạp kim loại kiềm
TOB NEW ENERGY cung cấp đầy đủ cácvật liệu pin, máy pin, giải pháp dây chuyền sản xuất pinvà công nghệ pin cho sản xuất pin thể rắn, pin natri ion và pin lithium ion.
Trong những năm gần đây, với sự thị trường hóa của các ngành năng lượng mới như năng lượng gió và năng lượng mặt trời, con người đã đặt ra yêu cầu cao hơn đối với công nghệ lưu trữ năng lượng quy mô lớn[1,2]. Trong nghiên cứu vật liệu lưu trữ năng lượng, hoạt động điện hóa và độ ổn định cấu trúc của vật liệu điện cực là một trong những trọng tâm nghiên cứu [3,4]. Trong số các hệ thống lưu trữ năng lượng khác nhau hiện được biết đến, vật liệu pin lithium-ion tương đối hoàn thiện và được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, các vấn đề như phân bổ tài nguyên lithium không đồng đều và khó khăn trong công nghệ thu hồi lithium đã hạn chế nghiêm trọng việc ứng dụng pin lithium-ion trên quy mô lớn [5, 6, 7]. Natri, cùng họ với lithium, có đặc điểm là nguyên liệu thô dồi dào, chi phí thấp và phân phối rộng rãi. Đồng thời, pin natri-ion có tính chất vật lý, hóa học và cơ chế phản ứng điện hóa tương tự như pin lithium-ion. Do đó, pin natri-ion là một trong những vật liệu thay thế hứa hẹn nhất [8,9].
Berthelot và cộng sự [10] đã phát hiện ra rằng trong lớp oxit NaTMO2 chứa một kim loại chuyển tiếp (TM), các ion natri và các chỗ trống được sắp xếp trong lớp natri tinh khiết, tạo ra nhiều nền điện áp cho loại oxit này trong quá trình phóng điện. . Điều này dẫn đến sự suy giảm nhanh chóng công suất riêng và giảm đáng kể hiệu suất chu trình, do đó hiệu suất chuyển đổi năng lượng của loại oxit này thấp. Các nguyên tố dung dịch rắn được đưa vào lớp kim loại chuyển tiếp để tạo thành sự sắp xếp hỗn hợp của các kim loại chuyển tiếp nhị phân hoặc thậm chí nhiều nguyên tố. Vật liệu điện cực chứa một lượng lớn điện tích rối loạn, có thể ngăn chặn hiệu quả nền điện áp trên và cải thiện hiệu suất chuyển đổi năng lượng. Yabuuchi và cộng sự[11]đã sử dụng Na2CO3, (MgCO3)4Mg(OH)2·5H2O và MnCO3 làm nguyên liệu thô. Phản ứng ở trạng thái rắn được thực hiện ở 900 độ trong 12 giờ để thu được vật liệu điện cực Na2/3[Mg1/3Mn2/3]O2 pha P2 rối loạn nhị phân với dung dịch rắn Mg. Họ phát hiện ra rằng ở mật độ dòng điện là 10 mA/g, công suất riêng ban đầu của vật liệu catốt pha P2 Na2/3[Mg1/3Mn2/3]O2 đã chuẩn bị là khoảng 150 mAh/g[11]. Thấp hơn một chút so với dung lượng riêng của Na2/3MnO2 (184 mAh/g). Bruce và cộng sự [12] nhận thấy rằng mặc dù có phản ứng điện hóa của oxy mạng trong pha P2 Na2/3[Mg1/3Mn2/3]O2, nhưng không quan sát thấy kết tủa oxy. Nó cho thấy rằng việc đưa Mg vào giúp cải thiện khả năng thuận nghịch theo chu trình và khả năng thuận nghịch của vật liệu. Tuy nhiên, trong quá trình tích điện và phóng điện, cơ chế phản ứng điện hóa vi mô của oxy mạng trong hệ thống này vẫn chưa rõ ràng và cơ chế giúp dung dịch rắn Mg cải thiện độ ổn định của hệ thống cũng chưa rõ ràng.
Do đó, công trình này lấy pha P2 Nax[Mg0.33Mn0.67]O2 làm đối tượng nghiên cứu và áp dụng phương pháp tính toán nguyên lý đầu tiên của lý thuyết hàm mật độ (DFT). Một nghiên cứu có hệ thống về hoạt tính điện hóa và độ ổn định cấu trúc của hiệu suất phóng điện của vật liệu catốt Nax[Mg0.33Mn0.67]O2 với dung dịch rắn của các ion Mg đã được tiến hành. Để làm rõ cơ chế vi mô của vật liệu điện cực trong các phản ứng điện hóa ở cấp độ vi mô của electron và nguyên tử, nó sẽ cung cấp tài liệu tham khảo cho sự hiểu biết về các quá trình điện hóa và thiết kế vật liệu mới.
1 Phương pháp tính toán
Các tính toán trong công việc này dựa trên gói phần mềm cơ sở sóng phẳng VASP [13,14] của lý thuyết hàm mật độ. Phương pháp sóng phẳng phụ gia được sử dụng [15] và hàm tương quan trao đổi là xấp xỉ độ dốc tổng quát (GGA) dưới dạng Perdew-Burker-Ernzerhof [13,16]. Tham số Hubbard U được đưa ra để hiệu chỉnh các electron d của Mn và giá trị U hiệu dụng là 3,9 eV[17,18]. Năng lượng ngưỡng của sóng phẳng phía dưới là 600 eV. Khi quá trình thư giãn ion hoàn tất, lực tác dụng lên tất cả các nguyên tử nhỏ hơn 0.1 eV·nm-1. Khi tối ưu hóa cấu trúc tinh thể, cấu trúc siêu lớp 3×3×1 (72 nguyên tử) được sử dụng, hằng số mạng là 0.874 nm×0.874 nm×1.056 nm và k- lưới điểm của vùng Brillouin là 3×3×3[19]. Phương pháp phonon đông lạnh được sử dụng để tính phổ dao động mạng trong gói phần mềm Phonopy. Để tránh ảnh hưởng của các điều kiện biên tuần hoàn, cấu trúc siêu lớp 3×3×1 đã được sử dụng để tính toán hằng số lực và phổ phonon của pha P2 NaMnO2 và Na[Mg0,33Mn0,67]O2. Mô hình Coulomb điện tích điểm được sử dụng để tính toán nhanh sự chiếm giữ ion của cấu trúc denatri và cấu hình chiếm giữ Na có năng lượng Coulomb thấp nhất được chọn để tính toán các nguyên tắc đầu tiên chính xác hơn [20]. Điện áp phóng điện của vật liệu điện cực có thể được biểu thị bằng [20]:
$V=-\frac{G(\text{N}{{\text{a}}_{{{x}_{2}}}}\text{M {{\text{O}}_{2}})-G(\text{N}{{\text{a}}_{{{x}_ sáu chữ {16}}{1}})G(\text{Na})}{({{x}_{2}}-{{x}_{1}}){{ e}^{-}}}$
Trong đó G là tổng năng lượng của hệ tương ứng và e- là điện tích nguyên tố[21].
2 Kết quả và thảo luận
2.1 Đặc điểm cấu trúc vi mô và độ ổn định cấu trúc
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>1:2, Mg, Na và Mn sẽ tạo thành sự sắp xếp không trật tự của các cation. Như được hiển thị trong Hình 1 (A), chế độ xếp chồng của oxy mạng là ABBA..., Mg và Mn lần lượt chiếm các vị trí bát diện giữa các lớp oxy AB và Na chiếm các vị trí lăng kính tam giác giữa các lớp oxy AA và BB [ 25,26]. Như được hiển thị trong Hình 1 (B), có sự sắp xếp tổ ong của Mg và Mn trong lớp kim loại chuyển tiếp [27], tương tự như sự sắp xếp giữa Li và Mn trong các hợp chất giàu lithium [28]. Bát diện [MgO6] được sắp xếp với 6 bát diện [MnO6] có chung cạnh[29,30]. Trong lớp kim loại kiềm của cấu trúc Na0.67[Mg0.33Mn0.67]O2, có hai vị trí mạng tinh thể dành cho các ion natri. Một được sắp xếp với các lớp trên và lớp dưới của bát diện [MgO6] hoặc [MnO6] có chung cạnh. Lớp còn lại được sắp xếp đồng phẳng với các lớp bát diện [MgO6] hoặc [MnO6] trên và dưới.
Hình 1 Sơ đồ nguyên lý của P2-Na2/3[Mg1/3Mn2/3]O2
Trong các cấu trúc có hàm lượng ion natri khác nhau, các ion natri bị ảnh hưởng bởi tương tác Coulomb giữa Mn và Mg trong lớp kim loại chuyển tiếp và ion Na trong lớp kim loại kiềm, thể hiện hai chế độ chiếm giữ khác nhau. Do đó, công việc này trước tiên sử dụng mô hình Coulomb để nhanh chóng sàng lọc cấu hình Na0.67[Mg0.33Mn0.67]O2 pha P2 có năng lượng Coulomb thấp nhất. Để xác minh tính hợp lý, chúng tôi đã tính toán và mô phỏng mẫu XRD của các cấu hình được sàng lọc này và so sánh chúng với kết quả đo được [11]. Kết quả được thể hiện trên Hình 2. Các giá trị tính toán (016) và (110) hơi lệch sang phải so với đặc tính thực nghiệm, nguyên nhân chủ yếu là do tồn tại các cấu trúc vô định hình và khiếm khuyết trong một số mặt phẳng tinh thể của vật liệu được chế tạo thực nghiệm. . Cấu trúc của mô hình tính toán là cấu trúc tinh thể hoàn hảo nên có sự sai lệch nhất định giữa độ mở rộng XRD và cường độ cực đại của mô phỏng tính toán và kết quả thực nghiệm. Ngoài ra, có sự sắp xếp của các ion Na trong hai mặt phẳng tinh thể này và việc chèn và tách các ion Na là một nguyên nhân có thể khác dẫn đến sự dịch chuyển các vị trí đỉnh tương ứng. Sau khi xem xét các hiệu ứng trên, hình dạng và cường độ cực đại của XRD mô phỏng phù hợp với kết quả thực nghiệm và mô hình được xây dựng có thể tái tạo thông tin cấu trúc vi mô trong thí nghiệm, cho thấy cấu trúc được sàng lọc về mặt lý thuyết là tương đối chính xác và đáng tin cậy [31,32 ].
Hình 2 So sánh các mẫu XRD được tính toán và thử nghiệm của Na0.67[Mg0.33Mn0.67]O2
Để nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch rắn Mg đến độ ổn định cấu trúc, chúng tôi đã sử dụng nguyên lý đầu tiên kết hợp với “phương pháp phonon đông lạnh” để tính phổ dao động mạng của P{{0}}NaMnO2 và P{{2} }Na[Mg0.33Mn{{10}}.67]O2. Như được hiển thị trong Hình 3, sóng sở hữu không có tần số ảo trong toàn bộ vùng Brillouin, cho thấy P2-Na[Mg0.33Mn0.67]O2 có độ ổn định động. Bằng cách so sánh phổ phonon của hai vật liệu, người ta thấy rằng pha tạp Mg không làm thay đổi đáng kể dải tần số dao động và ít ảnh hưởng đến dao động mạng. Cấu trúc pha tạp Mg cũng cho thấy độ ổn định động học tốt. Ngoài ra, Bruce và cộng sự. đã điều chế thành công pha P2 Na[Mg0.33Mn0.67]O2 bằng dung dịch rắn Mg, điều này chứng tỏ thêm rằng vật liệu này có độ ổn định nhiệt động cao hơn. Vì vậy, không khó để nhận thấy P2-Na[Mg0,33Mn0,67]O2 có độ ổn định cấu trúc tốt.
Hình 3 Đường cong phân tán phonon của (A) NaMnO2 và (B) Na0.67[Mg0.33Mn0.67]O2
2.2 Phân tích tính chất điện hóa của pha P2 Nax[Mg1/3Mn2/3]O2
Để nghiên cứu ảnh hưởng của pha tạp Mg đến tính chất điện hóa của vật liệu, chúng tôi đã tính điện áp phóng điện của cấu trúc dung dịch rắn Mg P{{0}}Nax[Mg0.33Mn{{7} }.67]O2 (Hình 4). Khoảng nồng độ của các ion Na được xác định bằng thực nghiệm, tức là 0.11 Nhỏ hơn hoặc bằng x Nhỏ hơn hoặc bằng 0.66[11].Hình 4(A) cho thấy cấu trúc thay đổi trong quá trình phóng điện và điện áp tương ứng của nó (Hình 4(B)) chủ yếu bao gồm ba nền: 3,4, 2,9 và 2,1 V. Dung lượng lý thuyết dự đoán là 152 mAh/g, về cơ bản phù hợp với kết quả thực nghiệm[11] . Đường cong điện áp phóng điện tính toán theo nguyên tắc đầu tiên cao hơn một chút so với kết quả đo thực tế. Lý do chính là tính toán nguyên lý đầu tiên bỏ qua ảnh hưởng của các điều kiện đo thực nghiệm, chẳng hạn như chất điện phân, nhiệt độ đo thực nghiệm độ dẫn ion lithium, v.v. Nghiên cứu trước đây của chúng tôi cho thấy[33]rằng mặc dù đường cong điện áp phóng điện được tính toán cao hơn so với đường cong điện áp đo được bằng thực nghiệm. đường cong, xu hướng thay đổi tổng thể là nhất quán. Vì vậy, có thể coi trong toàn bộ quá trình phóng điện, điện áp của Nax[Mg0.33Mn0.67]O2 phù hợp với kết quả thực nghiệm[12,20]. Khi 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.
Hình 4 (A) Các thay đổi về cấu trúc được tính toán bằng DFT và (B) đường cong điện áp phóng điện của P2-Nax[Mg0.33Mn0.67]O2 trong quá trình phóng điện
Trong trường hợp lý tưởng, trạng thái hóa trị của Mg và Mn trong Na2/3[Mg0.33Mn0.67]O2 lần lượt là +2 và +4 và không thể tiếp tục bị oxy hóa lên trạng thái hóa trị cao hơn. Do đó, không có hoạt động điện hóa cation trong hệ thống và quá trình tích điện và phóng điện của vật liệu là phản ứng điện hóa anion. Trong Na0.67MnO2, trạng thái hóa trị ban đầu của ion Mn là +3.33. Trong quá trình tích điện, các ion Mn có thể chuyển 0,67 electron ra bên ngoài để đạt hóa trị ổn định là +4. Tại thời điểm này, toàn bộ Na+ đã được giải phóng và oxy trong mạng chưa bao giờ tham gia vào phản ứng điện hóa [34]. Vì vậy, quá trình tích điện và phóng điện của Na0.67MnO2 xuất hiện dưới dạng phản ứng điện hóa cation. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi số lượng electron bị mất bởi oxy mạng nhỏ hơn 0.33 thì phản ứng điện hóa anion có khả năng thuận nghịch tốt[11-12,28]. Quá trình oxy hóa quá mức các anion oxy (số electron bị mất lớn hơn 0.33) làm cho cấu hình electron của oxy sai lệch khỏi quy luật tám cặp đôi ổn định, dẫn đến phản ứng biến đổi không thể đảo ngược và hình thành phản ứng Trái phiếu OO. Nó thậm chí có thể dẫn đến sự phát triển oxy và sự tích điện và phóng điện không thể đảo ngược của cấu trúc điện cực [27,35]. Trong Na0.67[Mg0.33Mn0.67]O2, nếu xem xét trạng thái giới hạn tổn thất điện tích. Tức là khi các ion Na bị tách hoàn toàn để tạo thành cấu trúc Na{{39}[Mg{{40}}.33Mn0.67]O2, Mg và Mn luôn duy trì {{ hóa trị 45}} và +4. Anion O bị oxy hóa thành hóa trị -1.67, làm mất đi 0.33 electron, thấp hơn giới hạn của phản ứng điện hóa anion không thuận nghịch. Do đó, trong toàn bộ phản ứng tích điện của Na0.67[Mg0.33Mn0.67]O2, oxy mạng không cần phải sắp xếp lại về mặt không gian và phản ứng điện hóa có thể thuận nghịch. Việc đưa vào Mg2+ không chỉ duy trì công suất riêng thuận nghịch mà còn làm tăng mật độ năng lượng của vật liệu bằng cách tăng điện áp phóng điện.
Để chứng minh hoạt tính điện hóa của oxy trong vật liệu Nax[Mg{0}}.33Mn0.67]O2 trong quá trình phóng điện, chúng tôi đã tính mật độ điện tử của các trạng thái (Hình 5) cho trạng thái ban đầu và cấu trúc phóng điện cuối cùng của vật liệu. Người ta nhận thấy rằng trong quá trình phóng điện, các ion Na dần dần được nhúng vào, tổng số electron trong hệ thống tăng lên và mức Fermi chuyển lên mức năng lượng cao hơn. Số lượng lỗ trống trên quỹ đạo O2p giảm dần, chứng tỏ các electron đi vào hệ thống được chuyển sang quỹ đạo trống của oxy mạng tinh thể và oxy mạng tinh thể bị giảm đi. Trong quá trình phóng điện của vật liệu điện cực, oxy mạng tham gia phản ứng điện hóa của anion. Lúc này, các electron quỹ đạo Mn-d hầu như không có sự thay đổi và không có sự chuyển điện tích, tức là trạng thái hóa trị của Mn không thay đổi trong quá trình phóng điện, chứng tỏ Mn không hoạt động điện hóa [12, 36]. Tuy nhiên, trong quá trình phóng điện của P2-NaxMnO2, các electron tiếp tục lấp đầy các quỹ đạo trống Mn và O năng lượng cao, cho thấy rằng cả Mn và O đều hoạt động điện hóa và là một phản ứng điện hóa điển hình trong đó các anion và cation hợp tác với nhau .
Hình 5 Mật độ điện tử của các trạng thái (A) P2-Nax[Mg0.33Mn0.67]O2 và (B) P2-NaxMnO2 dưới các Na khác nhau hàm lượng ion trong quá trình phóng điện
PDOS: mật độ trạng thái dự kiến
Một kết luận nhất quán có thể được rút ra thông qua phân tích dân số phí (Hình 6). Trong quá trình phóng điện của Nax[Mg0.33Mn0.67]O2, lượng điện tích của ion Mn về cơ bản không thay đổi nên không tham gia phản ứng điện hóa; trong quá trình tăng hàm lượng Na từ 0.11 lên 0.66, ion O thu được khoảng 0.2e- . Đã xảy ra hiện tượng tích điện đáng kể, cho thấy hoạt động điện hóa anion [37]. Thông qua phân tích mật độ điện tích của P2-NaxMnO2, người ta thấy rằng khi hàm lượng Na tăng lên, Mn và O cùng tham gia phản ứng điện hóa. Kết quả này phù hợp với phân tích mật độ điện tử của các trạng thái. Người ta đã chứng minh rằng dung dịch rắn Mg làm thay đổi cơ chế phản ứng điện hóa của hệ thống từ phản ứng điện hóa hợp tác anion và cation sang phản ứng điện hóa anion thuận nghịch và quá trình này không ảnh hưởng đến khả năng đảo ngược điện tích và phóng điện của vật liệu.
Hình 6 Phân tích điện tích của (A) Nax[Mg0.33Mn0.67]O2 và (B) P2-NaxMnO2 dưới các hàm lượng ion natri khác nhau
3. Kết luận
Nghiên cứu này sử dụng các tính toán nguyên tắc đầu tiên để nghiên cứu một cách có hệ thống các đặc điểm cấu trúc vi mô, độ ổn định động học và hoạt động điện hóa của dung dịch rắn Mg2+ pha P2 Nax[Mg1/3Mn2/3]O2. Việc đưa Mg2+ vào làm thay đổi loại phản ứng điện hóa của vật liệu từ phản ứng điện hóa hợp tác anion và cation của NaxMnO2 sang phản ứng điện hóa anion thuận nghịch của Nax[Mg{{10}}.33Mn{ {16}}.67]O2. Khi anion O trong P2-Nax[Mg0.33Mn0.67]O2 tham gia vào phản ứng điện hóa, phạm vi tăng giảm điện tích nhỏ hơn 0,33, điều này có lợi khả năng đảo ngược. Việc đưa Mg2+ vào không chỉ làm tăng điện áp phóng điện của vật liệu mà còn duy trì công suất riêng thuận nghịch của vật liệu và cuối cùng là làm tăng mật độ năng lượng của vật liệu.
Trong vật liệu điện cực ion natri, việc đưa kim loại kiềm thổ vào lớp kim loại chuyển tiếp cho dung dịch rắn cation là một chiến lược tối ưu hóa hiệu suất vật liệu mới. Cơ chế cơ bản của nó là kích hoạt hoạt động điện hóa của anion bằng cách hy sinh hoạt động điện hóa của cation, thay đổi cơ chế phản ứng điện hóa của vật liệu, tăng điện áp phóng điện và cuối cùng là tối ưu hóa mật độ năng lượng của vật liệu. Chiến lược này không chỉ cung cấp phương pháp mới để thiết kế vật liệu điện cực cho pin natri-ion mà còn cung cấp những ý tưởng mới để tối ưu hóa và khám phá các loại pin ion khác.
Người giới thiệu
[1] HU YING-YING, WEN ZHAO-YIN, RUI-KUN, và những người khác. Tình trạng nghiên cứu và phát triển tiên tiến của pin natri. Khoa học và Công nghệ Lưu trữ Năng lượng, 2013,2(2):81-90.
[2] SHEN GUAN-YE, LI CHEN, XU BING-LIANG, et al. Phân bổ kinh tế cho hệ thống lưu trữ năng lượng có tính đến năng lượng gió. Tạp chí Đại học Điện lực Đông Bắc, 2018,38(4):27-34.
[3] MA CHAO, ZHAO XIAO-LIN, KANG LI-TAO, et al. Vật liệu cực dương dicarboxylate không liên hợp cho pin điện hóa. Angew. Chem. Int. Ed., 2018,57(29):8865-8870.
[4] RICHARDS WD, DACEK ST, KITCHAEV DA, và cộng sự. Fluor hóa vật liệu catốt oxit kim loại chuyển tiếp dư thừa lithium. Vật liệu Năng lượng Tiên tiến, 2018,8(5):1701533.
[5] XIANG XING-DE, Zhang KAI, CHEN JUN. Những tiến bộ gần đây và triển vọng của vật liệu cathode cho pin natri-ion. Khuyến cáo. Mater., 2015,27(36):5343-5364.
[6] MA CHAO, ZHAO XIAO-LIN, HARRIS MM, et al. Axit uric như một hợp chất hoạt động điện hóa cho pin natri-ion: cơ chế lưu trữ Na+-từng bước của liên hợp π và anion carbon ổn định. Tài liệu & Giao diện Ứng dụng ACS, 2017,9(39):33934-33940.
[7] LEE DH, XU JING, MENG Y S. Cực âm tiên tiến cho pin Na-ion có tốc độ cao và độ ổn định cấu trúc tuyệt vời. Vật lý. Chem. Chem. Vật lý, 2013,15(9):3304-3312.
[8] KUBOTA K, YABUUCHI N, YOSHIDA H, và những người khác. Lớp oxit làm vật liệu điện cực dương cho pin Na-ion. Bản tin MRS, 2014,39(5):416-422.
[9] CLÉMENT RJ, BRUCE PG, GRAY C P. Đánh giá—loại oxit kim loại chuyển tiếp P2-dựa trên mangan làm vật liệu catốt pin natri-ion. Tạp chí của Hiệp hội Điện hóa, 2015,162(14):A2589-A2604.
[10] BERTHELOT R, CARLIER D, DELMAS C. Nghiên cứu điện hóa của sơ đồ pha P2-NaxCoO2. Nat. Mater., 2011,10(1):74-80.
[11] YABUUCHI N, HARA R, KUBOTA K, và cộng sự. Vật liệu điện cực mới cho pin natri có thể sạc lại: P2-loại Na2/3[Mg0.28Mn0.72]O2 với khả năng đảo ngược cao bất thường. J. Mater. Chem. A, 2014,2(40):16851-16855.
[12] MAITRA U, HOUSE RA, SOMERVILLE JW, et al. Hóa học oxy hóa khử không có ion kim loại kiềm dư thừa trong Na2/3[Mg0.28Mn0.72]O2. Nat. Chem., 2018,10(3):288-295.
[13] GUO SHAO-HUA, SUN YANG, YI JIN, và những người khác. Tìm hiểu sự khuếch tán natri-ion trong các oxit P2 và P3 phân lớp thông qua các thí nghiệm và tính toán nguyên tắc đầu tiên: cầu nối giữa cấu trúc tinh thể và hiệu suất điện hóa. Vật liệu NPG Châu Á, 2016,8:e266.
[14] JI HUI-WEI, KITCHAEV DA, LUN ZHANG-YAN, et al. Nghiên cứu tính toán và hiện thực hóa thử nghiệm các cực âm Li-ion công suất cao bị rối loạn dựa trên oxi hóa khử Ni. Hóa học Vật liệu, 2019,31(7):2431-2442.
[15] LEE J, ĐÔ THỊ A, LI XIN, và cộng sự. Mở khóa tiềm năng của các oxit rối loạn cation cho pin lithium có thể sạc lại. Khoa học, 2014,343(6170):519-522.
[16] URBAN A, LEE J, CEDER G. Không gian cấu hình của các oxit loại đá muối cho điện cực pin lithium dung lượng cao. Vật liệu Năng lượng Tiên tiến, 2014,4(13):1400478.
[17] CHAKRABORTY A, DIXIT M, AURBACH D, và cộng sự. Dự đoán đặc tính cực âm chính xác của vật liệu oxit phân lớp bằng chức năng mật độ SCAN meta-GGA. Vật liệu tính toán npj, 2018,4:60.
[18] ĐÔ THỊ A, ABDELLAHI A, DACEK S, et al. Nguồn gốc cấu trúc điện tử của rối loạn cation trong các oxit kim loại chuyển tiếp. Vật lý. Mục sư Lett., 2017,119(17):176402.
[19] ASSAT G, TARASCON J M. Hiểu biết cơ bản và những thách thức thực tế về hoạt động oxy hóa khử anion trong pin Li-ion. Năng lượng Thiên nhiên, 2018,3(5):373-386.
[20] YABUUCHI N, NAKAYAMA M, TAKEUCHI M, và cộng sự. Nguồn gốc của sự ổn định và mất ổn định trong phản ứng oxi hóa khử trạng thái rắn của các ion oxit cho pin lithium-ion. Nat. Cộng đồng., 2016,7:13814.
[21] SANNYAL A, AHN Y, JANG J. Nghiên cứu nguyên tắc đầu tiên về siligene hai chiều (2D SiGe) làm vật liệu cực dương của pin ion kim loại kiềm. Khoa học Vật liệu Tính toán, 2019,165:121-128.
[22] LI HONG, HU YONG-SHENG, PAN HUI-LIN, et al. Tiến trình nghiên cứu cấu trúc vật liệu điện cực của pin lưu trữ ion natri ở nhiệt độ phòng. Scientia Sinica Chimica, 2014,44(8):1269-1279.
[23] WANG YUE-SHENG, XIAO RUI-JUAN, HU YONG-SHENG, et al. Điện cực rối loạn cation P2-Na0.6[Cr0.6Ti0.4]O2 dùng cho pin natri-ion sạc đối xứng tốc độ cao. Nat. Cộng đồng., 2015,6:6954.
[24] WANG QIN-CHAO, MENG JING-KE, YUE XIN-YANG, et al. Điều chỉnh vật liệu catốt có cấu trúc P2- bằng cách thay thế Na-site Mg cho pin Na-ion. Mứt. Chem. Sóc., 2019,141(2):840-848.
[25] MENDIBOURD A, DELMAS C, HAGENMULLER C. Sự xen kẽ và khử xen kẽ điện hóa của đồng NaxMnO2. Nhà xuất bản Học thuật, 1985,57(3):323-331.
[26] SOMERVILLE JW, SOBKOWIAK A, TAPIA-RUIZ N, và những người khác. Bản chất của pha "Z" trong cực âm pin Na-ion nhiều lớp. Khoa học Năng lượng & Môi trường, 2019,12(7):2223-2232.
[27] QU JIE, WANG DONG, YANG ZU-GUANG, et al. Điều chỉnh catốt hỗn hợp do biến đổi ion-doping-địa điểm: một nghiên cứu điển hình về đường hầm lớp Na0.6MnO2 với pha tạp Mg2+ tại địa điểm Na/Mn. Ứng dụng ACS Mẹ ơi. Giao diện, 2019,11(30):26938-26945.
[28] SATO T, SATO K, ZHAO WEN-WEN, và những người khác. Các oxit loại muối đá có kích thước nano và không ổn định cation: xem xét lại LiMnO2 và NaMnO2 cân bằng hóa học. Tạp chí Hóa học Vật liệu A, 2018,6(28):13943-13951.
[29] GUIGNARD M, DELMAS C. Sử dụng pin để tổng hợp các oxit vanadi mới. Hóa học chọn lọc, 2017,2(20):5800-5804.
[30] WANG PENG-FEI, YAO HU-RONG, LIU XIN-YU, , và những người khác. Rối loạn Na+/ chỗ trống hứa hẹn pin Na-ion hiệu suất cao Những tiến bộ khoa học, 2018, 4(3): eaar6018.
[31] KIM H, KIM DJ, SEO DH, và những người khác. Nghiên cứu ban đầu về sự xen kẽ natri và các pha trung gian trong Na0.44MnO2 đối với pin natri-ion. Hóa học Vật liệu, 2012,24(6):1205-1211.
[32] LI XIN, MA XIAO-HUA, SU DONG, et al. Trực quan hóa hiệu ứng Jahn-Teller kết hợp với thứ tự Na trong Na5/8MnO2. Nat. Mater., 2014,13(6):586-592.
[33] WANG YOUWEI, WANG JUNKAI, ZHAO XIAOLIN, et al. Giảm mức sạc quá mức của pin Li-O2 thông qua thiết kế cực âm liên kết dải. Khoa học Năng lượng & Môi trường, 2020,13(8):2540-2548.
[34] ZHENG C, RADHAKRISHNAN B, CHU IH, et al. Ảnh hưởng của việc trộn kim loại chuyển tiếp đến trật tự Na và động học của lớp oxit P2. Đánh giá vật lý được áp dụng, 2017,7(6):064003.
[35] LUN ZHENG-YAN, OUYANG B, CAI ZI-JIAN, et al. Nguyên tắc thiết kế catốt đá muối mất trật tự cation dựa trên Mn công suất cao. Chem, 2020,6(1):153-168.
[36] SEO DH, LEE J, URBAN A, và cộng sự. Nguồn gốc cấu trúc và hóa học của hoạt động oxi hóa khử oxy trong vật liệu cathode dư Li phân lớp và rối loạn cation. Nat. Chem., 2016,8(7):692-697.
[37] BAI QIANG, YANG LU-FENG, CHEN HAI-LONG, et al. Nghiên cứu tính toán vật liệu điện cực trong pin natri-ion. Vật liệu Năng lượng Tiên tiến, 2018,8(17):1702998.
