Revolutionäres Kathodenmaterial ermöglicht hohe

Wissenschaftler haben erhebliche Fortschritte bei der Bewältigung der Luft-/Wasser-Instabilität und der strukturellen und elektrochemischen Instabilität von Kathodenmaterialien auf Natrium-Übergangsmetalloxid-Basis für Natriumionenbatterien erzielt. Diese neuen Entwicklungen haben zur Schaffung stabiler, leistungsstarker Kathodenmaterialien geführt, die eine hervorragende elektrochemische Zyklenstabilität aufweisen und bei Einwirkung von Luft und Wasser stabil bleiben. Dieser Durchbruch ist von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung kostengünstiger und nachhaltiger Energiespeichersysteme für verschiedene Anwendungen, darunter Unterhaltungselektronik, Netzenergiespeicherung, Speicherung erneuerbarer Energien und Elektrofahrzeuge.

Angesichts der zunehmenden Bedeutung batteriebetriebener Elektrofahrzeuge aufgrund von Umweltbedenken ist die Entwicklung eines kostengünstigen, sicheren und nachhaltigen Alkalimetall-Ionen-Batteriesystems über Lithium-Ionen hinaus von entscheidender Bedeutung. Insbesondere Indien verfügt über reichlich Natriumquellen, was dem kommenden Natrium-Ionen-Batteriesystem im indischen Kontext eine große Bedeutung verleiht. Natriumionenzellen bestehen aus aktiven Kathoden- und Anodenmaterialien, die das reversible Einfügen und Entfernen von Na-Ionen während des Ladens und Entladens ermöglichen. Die Leistung dieser Zellen hängt von der Stabilität der Elektroden, der Na-Transportkinetik und verschiedenen dynamischen Widerständen ab.

Obwohl Natriumionenbatterien viele Vorteile bieten, müssen das elektrochemische Verhalten und die Stabilität der geschichteten Kathodenmaterialien auf Na-Übergangsmetalloxidbasis für eine breite Verwendung in Na-Ionenbatteriesystemen verbessert werden. Die mangelnde Stabilität erschwert die Handhabung und Lagerung von Na-Übergangsmetalloxiden und wirkt sich negativ auf ihre elektrochemische Leistung aus. Darüber hinaus erfordert ihre Wasserinstabilität die Verwendung giftiger und teurer Chemikalien wie N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) zur Elektrodenvorbereitung anstelle von Aufschlämmungen auf Wasserbasis.

Die Gruppe von Professor Amartya Mukhopadhyay am IIT Bombay hat erhebliche Fortschritte bei der Entwicklung umweltstabiler und leistungsstarker Kathoden für Natriumionenbatterien erzielt. Durch die Einführung von „Interslab“-Abständen durch Abstimmung der TM-O-Bindungskovalenz haben sie ein universelles Designkriterium für eine erfolgreiche und weit verbreitete Entwicklung dieser Kathoden vorgeschlagen. Die Anpassung des Kovalenzgrades wirkt sich auf die Nettoladung der O-Ionen aus und beeinflusst die elektrostatische Anziehung zwischen Na- und O-Ionen sowie die Abstoßungen zwischen O-Ionen über die Na-Schicht.

Die Forschung zeigt, dass eine Verringerung der TM-O-Kovalenz zu stärkeren Na-O-Bindungen und einer verbesserten Luft-/Wasser-Stabilität führt, während eine Erhöhung der TM-O-Kovalenz zu schwächeren Na-O-Bindungen und einer verbesserten Na-Transportkinetik führt, was eine höhere Leistungsdichte ermöglicht. Darüber hinaus stabilisierte die Gruppe durch die Erhöhung der TM-O-Bindungskovalenz die prismatische O-Koordination von Na-Ionen und ermöglichte so eine höhere Na-Speicherkapazität und eine verbesserte Luft-/Wasserstabilität.

Diese Fortschritte sind von enormer praktischer Bedeutung und sollen die umfassende Entwicklung leistungsstarker und kostengünstiger Natriumionen-Batteriesysteme durch umweltfreundliche Elektrodenverarbeitungsmethoden erleichtern.