Sodyum iyon piller için yeni bir katot geliştirme

Abstract

Bu çalışmada sodyum iyon piller (SIB'ler) için ilk kez birlikteçöktürme yöntemi ve ardından katı hal reaksiyonumetodu kullanarakyeni bir katot aktif madde olan O3- NaMn0.42Fe0.17Ni0.42O2 maddesi sentezlendi. Sentezlenen maddenin yapısında bulunan Fe3+ ve Ni2+iyonlarının bir kısmının Cu2+, Ca2+ ve Ti4+iyonları ile yer değiştirmesinin havada kararlılık ve elektrokimyasal performansına olan etkisi incelendi. Kimyasal titrasyon, X-ışınları toz kırınım (XRD) desenleri, alan emisyonlu taramalı elektron mikroskobu (FESEM) görüntüleri ve iletkenlik ölçümleri, Fe3+ ve Ni2+ iyonlarının Cu2+, Ca2+ ve Ti4+ iyonları ile yer değiştirmesinin O3- NaMn0.33Fe0.17Ni0.33Cu0.08Ca0.04Ti0.04O2 maddesinin'nin yapısındaki Na+ iyonlarının hava ile reaksiyonunu engelleyebileceği bulundu. Fe3+ ve Ni2+ iyonlarının bir kısmının Cu2+, Ca2+ ve Ti4+ iyonları ile yer değiştirdiği O3- NaMn0.33Fe0.17Ni0.33Cu0.08Ca0.04Ti0.04O2 maddesinin O3-NaMn0.42Fe0.17Ni0.42O2 maddesine göre daha yüksek şarj/deşarj kapasitesi ve daha iyi şarj/deşarj döngü performansı gösterdiği bulundu. Bu durum küçük miktardaki Cu2+, Ca2+ ve Ti4+ iyonlarının Fe3+ ve Ni2+ iyonları yerine geçmesinin kristal yapıdaki ve havada kararlılığı artırdığı ve elektrokimyasal performansı iyileştirdiğini göstermektedir.Sentezinin endüstriyel ölçekte uygulanabilir olması ve elektrokimyasal performansının iyi olması nedeniyle O3-NaMn0.33Fe0.17Ni0.33Cu0.08Ca0.04Ti0.04O2 katot aktif maddesi sodyum-iyon pillerin ticarileşmesinde umut verici bir katot aktif maddesi olarak kabul edilebilir.Anahtar Kelimeler: Sodyum-iyon piller, katot aktif maddeler, tabakalı metal oksitler,O3-NaMn0.42Fe0.17Ni0.42O2

A novel O3-NaMn0.42Fe0.42Ni0.17O2 cathode material for sodium ion batteries is synthesized, for the first time, by a co-precipitation titration method with subsequent solid-state reaction. The effect of Ni2+, Cu2+ and Ca2+ substitution for Mn4+ and Fe3+ on the structural stability, rate capability and cycling stability of the cathode material is investigated. Chemical titration results, powder X-ray diffraction patterns and field emission scanning electron microscope images indicate that the substitution of Ni2+, Cu2+ and Ca2+ and for Fe3+ and Mn4+ can inhibit the reaction of Na+ ions in the structure of O3-NaMn0.33Fe0.33Ni0.21Cu0.08Ca0.04O2with air. The Ni2+, Cu2+ and Ca2+-substitutedO3-NaMn0.33Fe0.33Ni0.21Cu0.08Ca0.04O2 cathode material shows higher capacity and a better cycling stability than that of O3-NaMn0.42Fe0.42Ni0.17O2, indicating that a small amount of Ni2+, Cu2+ and Ca2+ substitution can improve the structure/air stability and the electrochemical performance. The O3-NaMn0.33Fe0.33Ni0.21Cu0.08Ca0.04O2 can be considered as a promising cathode active material to encourage progress toward sodium-ion battery commercialization due to the high industrial feasibility of the synthesis process and good electrochemical performance.KeyWords: Sodium-ionbatteries, layered metal oxides, cathode active materials,O3-NaMn0.42Fe0.17Ni0.42O2