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IT House News el 21 de agosto, la Universidad de Yanshan emitió un comunicado de prensa el 19 de agosto, indicando que cooperaba con el Instituto de Física de la Academia de Ciencias de China.Se lograron avances importantes en los materiales catódicos de óxido en capas de iones de sodio y los resultados de la investigación relevantes se publicaron en la revista "Science".

Introducción del equipo

El profesor Huang Jianyu dirigió el equipo del Laboratorio Estatal Clave de Tecnología y Ciencia de Preparación de Materiales Metaestables de la Universidad de Yanshan, y cooperó con los equipos de investigación del Instituto de Física, la Academia de Ciencias de China y el Centro de Investigación de Física del Delta del Río Yangtze, y publicó artículos relevantes. resultados en la revista Science Ph.D. del Instituto de Física de la Academia de Ciencias de China Yang Wei, un estudiante, y Wang Zaifa, un doctorado de la Universidad de Yanshan, son los primeros autores del artículo.

Antecedentes del proyecto

Los materiales de cátodos de óxido en capas ocupan una posición fundamental en los campos de las baterías de iones de litio y de iones de sodio debido a su excelente alta capacidad y características de producción escalable.

Gracias a la amplia disponibilidad de recursos de sodio y a la alta flexibilidad en la selección de elementos metálicos de transición, no hay necesidad de depender de costosos cobalto y níquel, pero se pueden utilizar como alternativas hierro y cobre más rentables, óxido estratificado de iones de sodio. Los materiales catódicos demuestran una importante rentabilidad.

Sin embargo, la sensibilidad al aire de este tipo de material ha preocupado a la comunidad de investigación de materiales catódicos de óxido en capas de iones de sodio durante más de cuatro décadas y se ha convertido en un obstáculo importante que debe superarse en su proceso de comercialización.

Resultados de la investigación del proyecto.

El equipo de investigación señaló que romper el acoplamiento entre gases es un factor externo clave para lograr un almacenamiento estable de materiales.

Cuantificación de la degradación ácida y oxidativa y principios de desarrollo y diseño de materiales de cátodos de óxido en capas de iones de sodio intrínsecamente estables al aire. Foto cortesía del equipo del proyecto

Al utilizar el ampliamente estudiado NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 (NFM111) como material modelo, el equipo se expandió a sus homólogos y utilizó una combinación de microscopía electrónica de transmisión en atmósfera ambiental in situ, método de etiquetado de isótopos, espectrometría de masas de iones secundarios, neutrón. dispersión y radiación sincrotrón Los métodos avanzados de caracterización, como la espectroscopia de absorción de rayos X, han descubierto que el vapor de agua, el dióxido de carbono o el oxígeno por sí solos no causan reacciones de deterioro significativas, desafiando la opinión tradicional de que estos tres gases (especialmente el vapor de agua) pueden causar por sí solos. reacciones de deterioro severo:

• El vapor de agua juega un papel clave en el proceso de degradación., puede conectar dióxido de carbono y oxígeno a materiales, induciendo degradación ácida y oxidativa respectivamente.

• en,degradación ácidaDesencadenará un intercambio violento de Na+/H+ y formará carbonato de sodio o bicarbonato de sodio en la superficie del material. También provocará el crecimiento de grietas, distorsión de la red, generación de dislocaciones y reducción y reconstrucción de iones de metales de transición de la superficie en condiciones ácidas fuertes. reacciones posteriores;

• Degradación oxidativa, los iones de metales de transición con menor potencial redox de óxido en la fase principal (más cercana al nivel de Fermi) se oxidarán preferentemente y los iones de sodio se liberarán a la superficie para equilibrar la carga. Los iones de metales de transición oxidados (Ni3+) se oxidarán. suelen ser inestables y pueden reducirse fácilmente, lo que desencadena la reconstrucción de la superficie.

Al mismo tiempo, el equipo de investigación también desarrollóUn método de prueba estandarizado de estabilidad del aire basado en la tecnología de cromatografía de gases de titulación., utilizado para evaluar cuantitativamente la contribución de diferentes vías de reacción y la estabilidad en el aire de diferentes materiales.

Basado en los resultados cuantitativos de la pérdida de sodio después de la degradación de más de 30 materiales y resultados de investigaciones anteriores, combinados con el potencial iónico y el contenido inicial de sodio de cada componente,El coeficiente de competencia catiónica η se define, y encontré:

• La degradación ácida domina las reacciones de degradación de la mayoría de los materiales;

• Al reducir el coeficiente de competencia catiónica y aumentar el tamaño de las partículas del material, se puede mejorar eficazmente la resistencia a los ácidos del material;

• El principal factor que puede mejorar eficazmente la capacidad antioxidante de los materiales es la selección de pares redox de alto potencial.

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