Nano Energy: primer informe sobre una nueva batería de dióxido de carbono y sodio
Na _ 3Zr _ 2Si2PO _ 12 (NZSP) es un electrolito sólido inorgánico con una estructura conductora superión de sodio (NASICON). Es estable al CO2 y tiene las mayores perspectivas de desarrollo. Sin embargo, las baterías de Na-CO2 de estado sólido están limitadas por la cinética lenta del electrodo positivo. Un electrodo positivo ideal para una batería de sodio-dióxido de carbono en estado sólido debería facilitar la conducción de electrones, iones de sodio y dióxido de carbono gaseoso. Sin embargo, el contacto punto a punto entre el cátodo poroso y el NZSP dificulta la difusión de iones, lo que provoca fallos de la batería. Además, la alta reactividad del sodio metálico siempre conduce a reacciones parásitas interfaciales que, en última instancia, provocan un fallo de la batería.
El profesor Ru de la Universidad Provincial Nacional de Taiwán, el profesor Shu de la Universidad Normal Provincial de Taiwán y el profesor Yin del Instituto de Investigación de Metales de la Academia de Ciencias de China utilizaron la interfaz de cristal plástico en el ánodo y la interfaz dinámicamente estable. en el cátodo para preparar sodio sólido como electrolito por primera vez -Batería de dióxido de carbono. El artículo relacionado fue publicado en la revista "Nano Energy", titulado "Batería de dióxido de carbono de sodio que utiliza electrolito sólido de estructura NASICON".
Enlace del artículo:
/science/articles/ABS/pii/s 2211285521002305
En la batería de estado sólido de dióxido de sodio y carbono propuesta en este artículo, Nanopartículas de rutenio Como cátodos catalíticos se utilizaron nanotubos de carbono modificados de paredes múltiples. En el cátodo, los nanotubos de carbono porosos, en contacto entre sí, forman canales de gas que favorecen la difusión del CO2. Además, el carbono tipo sp2 en nanotubos de carbono aumenta la conductividad del catalizador, mejorando así la cinética de reacción. Las nanopartículas de rutenio metálico con número de coordinación reducido desempeñan un papel importante en la mejora de la cinética de reacción de reducción de CO2 (CO2RR) y reacción de precipitación de CO2 (CO2ER). La interfaz de cristal plástico a base de succinitrilo (SN) preparada in situ pone a Ru/CNT en estrecho contacto con NZSP, reduciendo así la resistencia de transferencia de carga de la interfaz. En el lado negativo, la dinámica y la estabilidad se revelan a través de la interacción de la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS), la espectroscopia de absorción de rayos X (XAS), la espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR) y la fase de interfaz de la teoría funcional de la densidad (DFT). . La fase interfacial dinámicamente estable protege al NZSP de reacciones parásitas interfaciales continuas, lo que resulta en un excelente rendimiento cíclico. A una corriente de 100 mA/g, la capacidad de descarga total de la batería de Na-CO2 de estado sólido propuesta es de 28830 mA·h/g. Además, cuando la capacidad es de 500 mA·h/g, la batería de Na-CO2 de estado sólido. La batería puede realizar ciclos de manera estable 50 veces o más, a 100 Ma/g, la diferencia de potencial es de 1,4 V.
Figura 1. Cifras resumidas
Figura 2. (a) Diagrama de contacto punto a punto entre el ánodo poroso y NZSP, que dificulta la difusión de iones en el ánodo. (b) El estaño humedece la superficie del ánodo poroso para promover la difusión de iones. (Patrón XRD del NZSP refinado de Rietveld. (d) Diagrama del modelo NZSP con estructura NASICON. (Poliedro verde ZrO6, poliedro gris Si(P), átomo de Na1 azul, átomo de Na2 rosa, átomo de Na3 amarillo) (e) SEM de superficie NZSP de granos (f) Imagen de Nyquist de Au|NZSP|Au a las 25:00
Figura 3. Imagen TEM de patrones XRD estándar de cátodo Ru/CNT, polvo de CNT y hcp. Ru (c) Espectros de absorción de rayos X cerca de la estructura del borde (XANES) de Ru / CNT y lámina de Ru.
(d) Transformada de Fourier (FT) k3 del espacio R y curvas de mejor ajuste de las señales experimentales EXAFS ponderadas por Ru/CNT y lámina de Ru. (e) Patrones de XRD de Sn con NaClO4 al 7,5 en peso, SN puro y NaClO4. (f) Fotografías de Sn y NaClO4 (7,5% en peso) a 50° y 25°.
Figura 4. (a) Densidad de países de los bloques NZSP. (b) Diagrama de calibración de banda de energía de tres niveles de Fermi del plano de índice bajo de (001), (100) y (101) de NZSP y bcc Na a granel. (XPS de la señal zr3d. (4) XPS de la señal P2P. (XPS de la señal si2p. (f) Espectros de estructura cercana al borde de absorción de rayos X del NZSP original y del NZSP P de flujo continuo.
Figura 5. (a) La batería sólida de dióxido de sodio y carbono enciende el LED rojo (b) El diagrama de descarga completo de la batería de estado sólido de dióxido de sodio y carbono a diferentes densidades de corriente es (c) 50 mA/g, ( e) 100. mA/g, (g) 200 Ma/g.. Cuando la batería de estado sólido opera a diferentes densidades de corriente (d) 50 mA/g, (f) 100 mA/g, (h) 200 mA/ g, durante el ciclo Diagrama de evolución de la brecha de potencial.
En resumen, la batería de Na-CO2 de estado sólido está preparada con la alta conductividad de NZSP estructurado por NASICON, ánodo de sodio metálico y cátodo de Ru/CNT. en la interfaz SN (0,8 mS/cm) facilita el uso de baterías a temperatura ambiente. En el lado del cátodo, el estaño juega un papel importante como conductor iónico en el cátodo. Sin estaño, la batería de carbonato de sodio en estado sólido no puede funcionar. Además, el cátodo Ru/CNT exhibe una buena actividad catalítica. Con la ayuda de SN, la capacidad de descarga total de la batería es de 28 830 mAh/g. En el lado del electrodo negativo, XPS, XAS, confirman una interfaz dinámica y estable. Cálculos FT-IR y DFT La fase interfacial dinámica y estable de las propiedades aislantes suprime las reacciones interfaciales continuas. Debido a la estabilidad de los tres electrodos conductores positivos y negativos, la batería de estado sólido exhibe un buen rendimiento electroquímico a temperatura ambiente. sufre corrosión por lanzadera del sodio metálico, la batería finalmente falla. Hasta ahora, el alto costo de las baterías sólidas de sodio-dióxido de carbono preparadas con catalizadores de metales preciosos ha limitado sus aplicaciones prácticas. En futuras investigaciones, es necesario estudiar su rentabilidad. catalizadores y electrolitos sólidos para reducir el alto costo del sistema (Texto: Walking the World)
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