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IT House News gab am 21. August eine Pressemitteilung der Yanshan-Universität heraus, in der sie erklärte, dass sie mit dem Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften kooperiere.Bei Kathodenmaterialien aus Natriumionen-Schichtoxid wurden wichtige Fortschritte erzielt und entsprechende Forschungsergebnisse in der Zeitschrift „Science“ veröffentlicht.

Teamvorstellung

Professor Huang Jianyu leitete das Team des State Key Laboratory of Metastable Materials Preparation Technology and Science der Yanshan University, arbeitete mit den Forschungsteams des Institute of Physics, der Chinese Academy of Sciences und dem Yangtze River Delta Physics Research Center zusammen und veröffentlichte relevante Publikationen Ergebnisse in der Zeitschrift Science. Yang Wei, ein Student des Instituts für Physik, und Wang Zaifa, ein Doktorand der Yanshan-Universität, sind die ersten Autoren des Artikels.

Projekthintergrund

Schichtoxid-Kathodenmaterialien nehmen aufgrund ihrer hervorragenden hohen Kapazität und skalierbaren Produktionseigenschaften eine zentrale Stellung in den Bereichen Lithium-Ionen-Batterien und Natrium-Ionen-Batterien ein.

Dank der breiten Verfügbarkeit von Natriumressourcen und der hohen Flexibilität bei der Auswahl von Übergangsmetallelementen besteht keine Notwendigkeit, auf teures Kobalt und Nickel zu setzen, sondern es können kostengünstigere Eisen- und Kupfer-Alternativen verwendet werden, Natriumionenschichtoxid Kathodenmaterialien weisen eine erhebliche Kosteneffizienz auf.

Allerdings bereitet die Luftempfindlichkeit dieses Materialtyps der Forschungsgemeinschaft für Natriumionen-Schichtoxid-Kathodenmaterialien seit mehr als vier Jahrzehnten Probleme und ist zu einem großen Hindernis geworden, das im Kommerzialisierungsprozess überwunden werden muss.

Ergebnisse der Projektforschung

Das Forschungsteam wies darauf hin, dass das Aufbrechen der Kopplung zwischen Gasen ein wichtiger externer Faktor für die stabile Lagerung von Materialien ist.

Quantifizierung des sauren und oxidativen Abbaus sowie Entwicklungs- und Designprinzipien von intrinsisch luftstabilen Natriumionen-Schichtoxid-Kathodenmaterialien. Foto mit freundlicher Genehmigung des Projektteams

Unter Verwendung des umfassend untersuchten NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 (NFM111) als Modellmaterial erweiterte das Team seine Homologen und nutzte eine Kombination aus In-situ-Transmissionselektronenmikroskopie in der Umgebungsatmosphäre, Isotopenmarkierungsmethode, Sekundärionen-Massenspektrometrie und Neutronen Fortschrittliche Charakterisierungsmethoden wie die Röntgenabsorptionsspektroskopie haben ergeben, dass Wasserdampf, Kohlendioxid oder Sauerstoff allein keine signifikanten Schädigungsreaktionen hervorrufen, was die traditionelle Ansicht, dass diese drei Gase (insbesondere Wasserdampf) allein verursachen können, in Frage stellt schwere Verschlechterungsreaktionen:

• Wasserdampf spielt im Abbauprozess eine wichtige Brückenrolle, kann Kohlendioxid und Sauerstoff an Materialien binden und so einen sauren bzw. oxidativen Abbau auslösen.

• In,saurer AbbauEs löst einen heftigen Na+/H+-Austausch aus und bildet Natriumcarbonat oder Natriumbicarbonat auf der Oberfläche des Materials. Außerdem wird es unter stark sauren Bedingungen zu Risswachstum, Gitterverzerrung, Versetzungsbildung und Oberflächenübergangsmetallionen-Reduktion führen Folgereaktionen;

• Oxidativer Abbau, werden die Übergangsmetallionen mit niedrigerem Oxid-Redoxpotential in der Massenphase (näher am Fermi-Niveau) bevorzugt oxidiert und Natriumionen werden an die Oberfläche abgegeben, um die Ladung auszugleichen. Die oxidierten Übergangsmetallionen (Ni3+) werden an die Oberfläche gelangen sind in der Regel instabil und können leicht reduziert werden, was eine Oberflächenrekonstruktion auslöst.

Gleichzeitig entwickelte sich das Forschungsteam weiterEine standardisierte Methode zur Prüfung der Luftstabilität, die auf der Technologie der Titrationsgaschromatographie basiert, wird zur quantitativen Bewertung des Beitrags verschiedener Reaktionswege und der Luftstabilität verschiedener Materialien verwendet.

Basierend auf den quantitativen Ergebnissen des Natriumverlusts nach Abbau von mehr als 30 Materialien und früheren Forschungsergebnissen, kombiniert mit dem Ionenpotential und dem anfänglichen Natriumgehalt jeder Komponente,Der Kationenkonkurrenzkoeffizient η ist definiert, und gefunden:

• Der Säureabbau dominiert die Abbaureaktionen der meisten Materialien;

• Durch die Reduzierung des Kationenkonkurrenzkoeffizienten und die Erhöhung der Partikelgröße des Materials kann die Säurebeständigkeit des Materials effektiv verbessert werden;

• Der Hauptfaktor, der die Antioxidationsfähigkeit von Materialien effektiv verbessern kann, ist die Auswahl von Redoxpaaren mit hohem Potenzial.

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