Sodyum iyon piller için havada kararlı yeni bir katot geliştirme

Abstract

Sodyum iyon piller için ilk kez birlikte çöktürme yöntemi ve ardından katı hal reaksiyonu yöntemi ile yeni bir O3-NaMn0.42Fe0.42Ni0.17O2 katot maddesi sentezlendi. Sentezlenen katot maddesinin yapısında bulunan Mn4+ ve Fe3+iyonlarının bir kısmının Ni2+, Cu2+ve Ca2+iyonları ile yer değiştirmesinin yapısal kararlılık, hız kapasitesi ve döngü kararlılığı üzerindeki etkisi araştırıldı. Kimyasal titrasyon, X-ışınları toz kırınım (XRD) desenleri, alan emisyonlu taramalı elektron mikroskobu (FESEM) görüntüleri ve iletkenlik ölçümleri, Fe3+ ve Mn4+ iyonlarının Ni2+, Cu2+ ve Ca2+iyonları ile yer değiştirmesinin O3-NaMn0.33Fe0.33Ni0.21Cu0.08Ca0.04O2 katot malzemenin yapısındaki Na+iyonlarının hava ile reaksiyonunu engelleyebileceğini gösterdi.Fe3+ ve Mn4+iyonlarının bir kısmının Ni2+, Cu2+ and Ca2+ iyonları ile yer değiştirdiği O3-NaMn0.33Fe0.33Ni0.21Cu0.08Ca0.04O2maddesininO3-NaMn0.42Fe0.42Ni0.17O2 maddesine göre daha yüksek şarj/deşarj kapasitesi ve daha iyi şarj/deşarj döngü kararlılığı gösterdi. Bu durum Fe3+ ve Mn4+iyonlarının bir kısmının Ni2+, Cu2+ve Ca2+iyonları ile yer değiştirmesi kristal yapıdaki ve havada kararlılığı artırdığı ve elektrokimyasal performansı iyileştirdiğini gösterdi.Sentezin endüstriyel ölçekte yapılabilmesi ve elektrokimyasal performansının iyi olması nedeniyle O3-NaMn0.33Fe0.33Ni0.21Cu0.08Ca0.04O2katot 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

A novel O3-NaMn0.42Fe0.42Ni0.17O2 cathode material for sodium ion batteries is synthesized, for the first time, by a 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-NaMn0.33Fe0.33Ni0.21Cu0.08Ca0.04O2cathode 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-NaMn0.33Fe0.33Ni0.21Cu0.08Ca0.04O2can 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 ion batteries, layered oxides, cathode materials