Na-Ionen-Batterien sind aufgrund der reichlich vorhandenen Rohstoffressourcen, der geringen Kosten und der hohen Sicherheit bei der Speicherung von Energie in großem Maßstab vielversprechend.
Natriumvanadiumfluorphosphat (Na3(VPO4)2F) mit einer theoretischen Energiedichte von 480 Wh / kg wird als starker Kandidat unter verschiedenen Kathodenmaterialien angesehen. Die intrinsische niedrige Leitfähigkeit und der hohe Energieverbrauch während des Syntheseprozesses behindern jedoch seine Kommerzialisierung.
Forscher des Instituts für Verfahrenstechnik (IPE) und des Instituts für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entwickelten eine einstufige mechanochemische Methode zur schnellen Herstellung der polyanionischen Verbindung Natriumvanadiumfluorophosphat als Kathodenmaterial für Na-Ionen-Batterien, die sich als ausgezeichnet erwies Ratenleistung und Zyklusstabilität.
Das vorbereitete Na3(VPO4)2F / KB-Verbundwerkstoff lieferte eine hohe Entladekapazität von 142 mAh g-1 bei 0.1 ° C. Die zusätzliche Kapazität über die theoretische spezifische Kapazität (130 mAh g-1) hinaus profitierte von der Ladungsspeicherung an der Grenzfläche.
Darüber hinaus kann bereits bei 112 ° C eine spezifische Kapazität von 1 mAh g-20 erreicht werden, was bedeutet, dass dieser Na-Ionen-Akku in drei Minuten vollständig geladen / entladen werden kann.
Die überlegene Zyklenstabilität dieses Verbundstoffs wurde durch ultrahohe Zyklenstabilität mit 98% Retention über 10,000 Zyklen gezeigt.
Hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie ergab, dass die Nanokristalline von Na3(VPO4)2F etwa 30 nm wurden in das Kohlenstoffgerüst eingebettet, was die schnelle Leitung von Elektronen und Na-Ionen erleichterte.
Die reversible Strukturentwicklung und vernachlässigbare Volumenänderung von Na3(VPO4)2F / KB-Komposit während des Ladens / Entladens wurde auch durch In-situ-Röntgenbeugung und gezeigt 23Na Kernspinresonanzspektrum.
„Das Verfahren bietet eine praktikable Strategie zur Verbesserung der Ratenleistung und der Zyklusleistung von Kathodenmaterialien. Außerdem zeigt das Produkt im Kilogramm-Maßstab, dass das mechanochemische Verfahren für schnelle Produktionselektrodenmaterialien für Na-Ionen in großem Maßstab geeignet ist Batterien", Sagte Prof. Zhao Junmei, ein mitkorrespondierender Autor der Studie.