Từ "anion đơn" đến "anion tổng hợp", đây không phải là sự chồng chất đơn giản của các thành phần mà là một mô hình mới trong thiết kế phân tử của vật liệu catốt do nhóm nhà nghiên cứu Liu Qi từ Trường Vật liệu thuộc fun88 đăng nhập đề xuất cho pin natri-ion chi phí thấp, độ an toàn cao Trước những điểm nghẽn chính của cực âm sunfat gốc sắt dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao và độ dẫn điện tử thấp của cực âm pyrophosphate, nhóm nghiên cứu đã xuất bản một bài báo có tựa đề "A Novel Na₂Fe₂P₂O₇SO₄fun88 com catốt: Nghiên cứu cơ chế của sự kết hợp hiệp lực Anion kép và nâng cao hiệu suất điện hóa", bài báo này lần đầu tiên báo cáo công khai về sự cùng tồn tại thành công của sunfat và pyrophosphate trong một mạng tinh thể đơn Bằng cách tạo ra FeO₆Bát diện và SO₄/P₂O₇Khung mở ba chiều của tứ diện được kết nối ở các đỉnh chung đạt được sự tích hợp tổng hợp của điện áp cao và độ ổn định cấu trúc Tác giả đầu tiên của bài báo là Xu Wenjing, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Trường Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu thuộc fun88 đăng nhập, và tác giả tương ứng là nhà nghiên cứu Liu Qi

Pin natri-ion được coi là một trong những hướng kỹ thuật hứa hẹn nhất trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng quy mô lớn do nguồn natri dồi dào và chi phí thấp Trong số các fun88 com catốt khác nhau, các hợp chất đa anion đã thu hút nhiều sự chú ý nhờ cấu trúc khung ba chiều chắc chắn, độ ổn định nhiệt tuyệt vời và tuổi thọ dài Trong số đó, hệ thống sunfat và pyrophosphate dựa trên sắt có ưu điểm là chi phí nguyên liệu thấp và điện áp hoạt động vừa phải, đồng thời là một trong những fun88 com catốt có tiềm năng thương mại lớn

Tuy nhiên, loại fun88 com này thường gặp phải những hạn chế như độ dẫn điện tử thấp và hiệu suất tốc độ không đủ Mặc dù lớp phủ cacbon có thể cải thiện độ dẫn điện một cách hiệu quả, nhưng fun88 com sunfat truyền thống dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao, gây khó khăn cho việc đạt được lớp phủ cacbon tại chỗ; trong khi fun88 com pyrophosphate bị hạn chế bởi độ dẫn điện tử nội tại thấp Làm thế nào để đạt được những đột phá về hiệu suất trong khi vẫn giữ được những lợi thế tương ứng là thách thức cốt lõi của nghiên cứu hiện nay

Điểm 1: Thiết kế hợp lý và xây dựng vật lý của fun88 com NFPS mới

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng quy trình nghiền bi năng lượng cao kết hợp với nung pha rắn ở nhiệt độ cao để tổng hợp thành công fun88 com NFPS mới một pha Kết quả sàng lọc XRD xác nhận fun88 com thuộc về Pna2₁Hệ tinh thể trực giao Trong cấu trúc này, FeO₆Bát diện và SO₄Tứ diện, P₂O₇Các khối tứ diện được kết nối thông qua các đỉnh chung tạo thành một khung mở ba chiều với các kênh truyền ion liên tục Tính khả thi của sự cùng tồn tại của sunfat và pyrophosphate trong mạng tinh thể đơn lần đầu tiên đã được xác minh bằng thực nghiệm Đặc tính SEM và TEM cho thấy fun88 com NFPS tổng hợp có hình thái hạt dưới micromet và phân bố kích thước hạt đồng đều Các sọc lưới HRTEM rõ ràng và phù hợp với kết quả sàng lọc XRD, khẳng định độ kết tinh cao của fun88 com

Hình 1 Lộ trình tổng hợp và phân tích cấu trúc tinh thể của NFPS/C-BM-x

Hình 2 Hình thái vi mô và đặc tính hóa học bề mặt của NFPS/C-BM-x

Điểm 2: Cơ chế tối ưu hóa lớp phủ cacbon đến hiệu suất điện hóa

Các thử nghiệm điện hóa cho thấy lượng lớp phủ cacbon có tác động quan trọng đến hiệu suất lưu trữ natri của fun88 com Trong cửa sổ điện áp 1,5-4,5 V, mẫu NFPS/C-BM-2 có công suất riêng thuận nghịch là 88,15 mAh g ở tốc độ 1 C^-1, tốt hơn so với các mẫu không tráng và phủ quá mức Đường cong CV cho thấy tất cả các mẫu đều có một cặp đỉnh oxi hóa khử rõ ràng, tương ứng với Fe²⁺/Fe³⁺Sự chênh lệch thế năng oxi hóa khử cực đại của NFPS/C-BM-2 là nhỏ nhất, cho thấy khả năng thuận nghịch điện hóa của nó là tối ưu Thử nghiệm GITT còn xác nhận thêm rằng lượng phủ cacbon thích hợp sẽ làm tăng hiệu quả Na⁺, được hưởng lợi từ đường dẫn điện tử liên tục do lớp cacbon cung cấp và tính toàn vẹn của cấu trúc bên trong của fun88 com

Hình 3 Hiệu suất điện hóa của NFPS/C-BM-x

Hình 4 Động học phản ứng và cơ chế vận chuyển ion của NFPS/C-BM-x

Điểm 3: Tính toán lý thuyết cho thấy cấu trúc anion tổng hợp giúp tăng cường động học khuếch tán ion natri

Để khám phá một cách có hệ thống tác động của các thành phần anion khác nhau đến tính ổn định của cấu trúc tinh thể và hành vi khuếch tán ion natri, nhóm nghiên cứu đã chế tạo natri sắt pyrophosphate (Na₂FeP₂O₇), natri sắt sunfat (Na_2+2xFe_2-x(SO₄)₃) và fun88 com anion tổng hợp Na₂Fe₂P₂O₇SO₄Mô hình cấu trúc lý thuyết của ba hệ thống Bằng cách thực hiện thư giãn cấu trúc trên cấu hình ban đầu được tạo ngẫu nhiên, cấu hình trạng thái cơ bản ổn định với năng lượng thấp nhất của mỗi hệ thống đã được xác định Kết quả tính toán cho thấy fun88 com anion tổng hợp có năng lượng cấu hình thấp tới −480,81 eV và có độ chọn lọc cấu trúc nhiệt động tốt

Trên cơ sở đó, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp dây đàn hồi leo (CI-NEB) để tính toán hàng rào năng lượng di chuyển khối của các ion natri trong cấu trúc trạng thái cơ bản của mỗi hệ thống Kết quả cho thấy hệ thống anion tổng hợp có rào cản năng lượng di chuyển thấp nhất, thấp hơn lần lượt khoảng 20,8% và 25,5% so với hệ thống pyrophosphate và sunfat đơn lẻ Từ góc độ hóa học tinh thể, SO₄^2-với P₂O₇^4-các nhóm điều chỉnh sự phân bố điện thế tĩnh điện của bộ xương và làm suy yếu sự tương tác mạnh mẽ cục bộ giữa các ion natri và bộ xương anion; đồng thời, sự gia tăng entropy cấu hình và biến dạng cấu trúc cục bộ do anion tổng hợp gây ra sẽ thúc đẩy sự hình thành mạng khuếch tán ba chiều, cải thiện đáng kể khả năng di chuyển nội tại của các ion natri

Hình 5 Phân tích cấu trúc tinh thể, các rào cản năng lượng và năng lượng di chuyển của fun88 com

Công trình này là báo cáo công khai đầu tiên trên thế giới thiết kế và tổng hợp thành công fun88 com catốt natri ferric sulfat pyrophosphate với cấu trúc tinh thể mới Thông qua sự tích hợp cộng tác của hai đơn vị cấu trúc, sunfat và pyrophosphate, fun88 com này xây dựng cấu trúc khung ba chiều với các kênh ion mở, đạt được cả độ ổn định cấu trúc và điện áp cao Đồng thời, độ dẫn điện tử và độ ổn định bề mặt của fun88 com được tối ưu hóa hơn nữa thông qua chiến lược tổng hợp carbon tại chỗ Công trình này cung cấp những ý tưởng mới cho việc đổi mới cấu trúc của fun88 com catốt polyanion gốc sắt, đồng thời bổ sung thêm một thành viên mới có tiềm năng ứng dụng cho dòng fun88 com catốt pin natri-ion

Link bài viết:

Đính kèm là lời giới thiệu của tác giả:

Tác giả tương ứng: Liu Qi, nhà nghiên cứu đặc biệt và giám sát tiến sĩ tại Trường Khoa học và Công nghệ Vật liệu, fun88 đăng nhập Dưới sự hướng dẫn của Viện sĩ Wu Feng, ông chủ yếu tham gia nghiên cứu pin thứ cấp xanh mới và vật liệu lưu trữ năng lượng tiên tiến; chủ yếu bao gồm nghiên cứu và phát triển pin natri-ion, pin lithium-ion, pin lithium kim loại và các vật liệu chính của chúng; cơ chế điện hóa của bề mặt điện cực/điện phân và sự biến đổi tổng hợp của nó Với tư cách là trưởng dự án, ông chịu trách nhiệm về Quỹ khoa học tự nhiên quốc gia Trung Quốc, Dự án kế hoạch khoa học và công nghệ Bắc Kinh, Quỹ khoa học tự nhiên quốc gia của Dự án thanh niên Trung Quốc, Chương trình hỗ trợ tài năng đổi mới sau tiến sĩ quốc gia và Quỹ khoa học sau tiến sĩ Trung Quốc Ông đã xuất bản hơn 90 bài báo thuộc danh mục SCI trên các tạp chí trong và ngoài nước và nộp đơn xin cấp hơn 70 bằng sáng chế phát minh quốc gia Với tư cách là thành viên chủ chốt, ông đã tham gia soạn thảo và biên soạn hai tiêu chuẩn của Hiệp hội Kỹ thuật Điện Trung Quốc: "Thông số kỹ thuật thử nghiệm cụm pin lithium-ion để lưu trữ năng lượng điện" và "Pin lithium-ion để lưu trữ năng lượng điện hóa di động"

Tác giả thứ nhất: Xu Wenjing, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Khoa Vật liệu Năng lượng và Môi trường của fun88 đăng nhập, chủ yếu tiến hành nghiên cứu về cơ chế lưu trữ năng lượng và biến đổi vật liệu điện cực dương và âm cho pin natri-ion Hiện nay, ông đã công bố 7 bài báo với tư cách là tác giả/đồng tác giả đầu tiên trên các tạp chí như Vật liệu ngày nay, Vật liệu chức năng nâng cao, Nghiên cứu nano, Tạp chí Hóa học vật liệu A, vv và nộp đơn xin cấp 6 bằng sáng chế quốc gia