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IT House Newsは8月21日、燕山大学は8月19日にプレスリリースを発表し、中国科学院物理研究所と協力したと発表した。ナトリウムイオン層状酸化物正極材料に重要な進歩が見られ、関連する研究結果が雑誌「サイエンス」に掲載されました。

チーム紹介

Huang Jianyu教授は燕山大学準安定材料調製技術科学国家重点研究所のチームを率い、中国科学院物理学研究所および長江デルタ物理学研究センターの研究チームと協力し、関連する論文を発表した。この論文の最初の著者は、中国科学院物理研究所の学生であるヤン・ウェイ氏と燕山大学博士課程卒業生のワン・ザイファ氏です。

プロジェクトの背景

層状酸化物正極材料は、その優れた高容量と拡張可能な生産特性により、リチウムイオン電池およびナトリウムイオン電池の分野で極めて重要な位置を占めています。

ナトリウム資源の広範な入手可能性と遷移金属元素の選択における高い柔軟性のおかげで、高価なコバルトやニッケルに依存する必要はなく、よりコスト効率の高い鉄や銅を代替品として使用できます。ナトリウムイオン層状酸化物カソード材料は大幅な費用対効果を示します。

しかし、このタイプの材料の空気感受性は、ナトリウムイオン層状酸化物正極材料の研究コミュニティを40年以上悩ませており、その商業化プロセスで克服する必要がある大きな障害となっています。

プロジェクト研究成果

研究チームは、ガス間の結合を解くことが材料の安定した貯蔵を達成するための重要な外部要因であると指摘した。

酸性および酸化的劣化の定量化、および本質的に空気中で安定なナトリウムイオン層状酸化物正極材料の開発および設計原理 写真提供：プロジェクトチーム

広く研究されている NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 (NFM111) をモデル材料として使用することで、チームはその同族体に拡張し、その場大気透過型電子顕微鏡法、同位体標識法、二次イオン質量分析法、中性子を組み合わせて使用​​しました。 X 線吸収分光法などの高度な特性評価方法は、水蒸気、二酸化炭素、酸素だけでは重大な劣化反応を引き起こさないことが判明しており、これら 3 つのガス (特に水蒸気) だけが劣化反応を引き起こす可能性があるという従来の見解に疑問を投げかけています。重度の劣化反応：

• 水蒸気は分解プロセスにおいて重要な橋渡しの役割を果たします、二酸化炭素と酸素を材料に結びつけ、それぞれ酸性劣化と酸化的劣化を引き起こす可能性があります。

• で、酸による分解これは、激しい Na+/H+ 交換を引き起こし、材料の表面に炭酸ナトリウムまたは重炭酸ナトリウムを形成します。また、強酸性条件下では、亀裂の成長、格子の歪み、転位の生成、および表面遷移金属イオンの還元と再構築を引き起こします。その後の反応。

• 酸化分解、バルク相の酸化還元電位が低い (フェルミ準位に近い) 遷移金属イオンが優先的に酸化され、酸化された遷移金属イオン (Ni3+) が表面に放出されて電荷のバランスが保たれます。通常は不安定で、簡単に減少し、表面の再構築を引き起こす可能性があります。

同時に、研究チームは次のことも開発しました。滴定ガスクロマトグラフィー技術に基づいた標準化された空気安定性試験方法、さまざまな反応経路の寄与とさまざまな材料の空気安定性を定量的に評価するために使用されます。

30以上の材料の劣化後のナトリウム損失の定量結果とこれまでの研究結果に基づいて、各成分のイオンポテンシャルと初期ナトリウム含有量を組み合わせて、カチオン競争係数ηは次のように定義されます。、そして次のことがわかりました。

• ほとんどの材料の分解反応は酸による分解が支配的です。

• カチオン競合係数を低下させ、材料の粒子サイズを大きくすることにより、材料の耐酸性を効果的に向上させることができます。

• 材料の抗酸化能力を効果的に向上させる主な要因は、高電位の酸化還元対を選択することです。

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