Катод из аморфного фторсульфата железа большой емкости
An amorphous high-capacity iron fluorosulfate cathode
Кредит: Хео и др.

Химики и инженеры пытались создать все более эффективные, доступные и стабильные аккумуляторные технологии для питания широкого спектра электронных устройств. Для этого они использовали множественные окислительно-восстановительные реакции материалов, которых очень много на Земле, таких как железо и марганец, что может помочь снизить затраты на производство батарей.

Группа исследователей из Сеульского национального университета определила a-LiFeSO 4 F, электрод из аморфного фторсульфата железа, который можно использовать для разработки более доступных аккумуляторов большой емкости. Этот электрод, представленный в статье в журнале Nature Energy , служит катодом (то есть положительно заряженным электродом в элементе батареи, через который электроны попадают в электронные устройства).

Созданный ими катод из фторсульфата железа был вдохновлен нанокомпозитным материалом, который они представили в одной из своих предыдущих работ, где они также объяснили его окислительно-восстановительный механизм и реакцию поверхностной конверсии. Этот материал состоит из наноразмерного лития и соединения переходного металла.

«Ранее мы изучали стратегии получения дополнительных мощностей из нашего нанокомпозитного катодного материала», — сказал TechXplore Кисук Канг, один из исследователей, проводивших исследование. «Поскольку окислительно-восстановительный механизм материала аналогичен реакции конверсии и обычно синтезируется с помощью высокоэнергетической шаровой мельницы, мы смогли лучше понять реакцию конверсии и механохимический синтез».

Новое исследование команды основано на наблюдениях и выводах, собранных в ходе их предыдущего исследования. В частности, их прошлые открытия вдохновили их на изучение возможности того, что реакция конверсии их нанокомпозитного катодного материала в сочетании с возможностью интеркаляции позволит им раскрыть уникальную способность оксидов переходных металлов в нем.

«Во время разработки этой концепции мы размышляли о том, как эффективно повысить обратимость электродного материала двойного типа интеркаляции/преобразования», — пояснил Канг. «Мы пришли к выводу, что аморфная структура может помочь в этом, учитывая характер реакции превращения».

Катод, реализованный Кангом и его коллегами, сделан из LiFeSO 4 F, но с аморфной (т.е. не кристаллической) структурой. Этот материал может быть легко синтезирован с использованием механохимических процессов, в частности, посредством высокоэнергетического шарового измельчения фторида лития (LiF) и сульфата железа (FeSO 4 ).

Замечательным преимуществом катода исследователей является то, что он поддерживает обратимое введение и извлечение ионов лития посредством двух процессов, известных как интеркаляция и конверсия. Это значительно увеличивает его совокупную емкость, что, в свою очередь, может увеличить срок службы и производительность батареи.

«Наше исследование раскрыло новую роль аморфной структуры в обеспечении обратимости материала электрода интеркаляции/преобразования двойного типа», — сказал Канг. «Обратимое и одновременное использование реакций интеркаляции и превращения в аморфной структуре широко применимо к другим соединениям переходных металлов и, таким образом, расширяет группу кандидатов в катодный материал с высокой плотностью энергии».

В будущем катод, представленный этой группой исследователей, может быть использован для создания высокоемких и недорогих аккумуляторных технологий. Кроме того, лежащие в его основе химические процессы также могут быть воспроизведены с использованием других соединений переходных металлов, что откроет новые возможности для создания высокоэффективных катодов на основе распространенных на Земле материалов.

«Поскольку мы проверили нашу концепцию, мы исследовали более обширное композиционное пространство, чтобы определить другие возможные катодные материалы», — добавил Канг. «Более того, мы изучаем общие правила, связанные с синтезом аморфной структуры и корреляции между аморфизацией и способностью к интеркаляции».

Образец цитирования : Катод из аморфного фторсульфата железа большой емкости (2022 г., 1 декабря), полученный 4 декабря 2022 г. с https://techxplore.com/news/2022-12-amorphous-high-capacity-iron-фторсульфат-катод.html
Этот документ защищен авторским правом. За исключением любой честной сделки с целью частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.
Энергетика и зеленые технологии
Дата публикации: 2022.12.04