Príprava vysokokvalitných nanokociek Fe4[Fe(CN)6]3: Ako katódový materiál pre vodnú sodno-iónovú batériu
WANG Wu-Lian. Vysokokvalitné nanokocky Fe4[Fe(CN)6]3: Syntéza a elektrochemický výkon ako katódový materiál pre vodnú sodno-iónovú batériu. Journal of Anorganic Materials[J], 2019, 34(12): 1301-1308 doi:10.15541/jim20190076
Vysokokvalitné nanokocky Fe4[Fe(CN)6]3 (HQ-FeHCF) boli syntetizované jednoduchou hydrotermálnou metódou. Charakterizuje sa jeho štruktúra, morfológia a obsah vody. Fe4[Fe(CN)6]3 má pravidelný kubický tvar s jednotnou veľkosťou cca. 500 nm, ktorá patrí do tvárne centrovanej kubickej fázy. Fe4[Fe(CN)6]3 vykazuje vybíjacie kapacity 124, 118, 105, 94, 83, 74 a 64 mAh·g -1 pri 1 °C, 2 °C, 5 °C, 10 °C, 20 °C, 30 °C a 40 °C, v uvedenom poradí, vo vodnom roztoku NaH2O-elektro-8-polyglykolu{etylén-2-glykolu . Jeho kapacita zostáva 100 percent po 500 cykloch nabíjania/vybíjania rýchlosťou 5C. Bola vyrobená plná batéria s Fe4[Fe(CN)6]3 ako katódou a NaTi2(PO4)3 ako anódou, ktorá poskytuje špecifickú hustotu energie 126 Wh·kg -1 (na základe materiálov aktívnych elektród) s výstupným napätím 1,9 V. Okrem toho 92 percent svojej počiatočnej vybíjacej kapacity si zachováva a vybíja sa po 140 cykloch 0C nabitia/0C. 0 percent.
Príprava materiálov elektród
Použitím Na4Fe(CN)6 ako jediného zdroja železa boli jednoduchou hydrotermálnou metódou syntetizované vysokokvalitné nanomateriály Fe4[Fe(CN)6]3(HQ-FeHCF). Okrem toho sa tradičnými metódami na porovnanie syntetizovali nízkokvalitné nanomateriály Fe4[Fe(CN)6]3(LQ-FeHCF) a študovala sa štruktúra, morfológia a elektrochemické vlastnosti HQ-FeHCF a LQ-FeHCF. Nakoniec sa s použitím HQ-FeHCF ako kladnej elektródy, NaTi2(PO4)3 ako zápornej elektródy a NaClO4-H2O-polyetylénglykolu (PEG) ako elektrolytu zostavila vodná sodíkovo-iónová plná batéria.
Prípravok HQ-FeHCF a LQ-FeHCF
Pri teplote miestnosti sa 4 g polyvinylpyrolidónu K-30 (PVP) a 0,126 g dekahydrátu ferokyanidu sodného pridali do 50 ml vodnej kyseliny chlorovodíkovej pri pH =0,8, zmes sa miešala 1 hodinu a roztok po úplnom rozpustení zožltol. Potom sa rovnomerne premiešaný roztok umiestnil do pece pri 80 stupňoch na 12 hodín. Roztok ochladený na teplotu miestnosti sa odstredil, čím sa získala zrazenina, a premyl sa deionizovanou vodou. Po štvornásobnom opakovaní sa vzorka HQ-FeHCF získala sušením v sušiarni pri 80 stupňoch počas 8 hodín.
Pridajte 2,7 g hexahydrátu chloridu železitého a 3,6 g dekahydrátu ferokyanidu sodného do 100 ml deionizovanej vody. Miešajte pri 60 stupňoch, kým sa dva roztoky úplne nerozpustia. Potom sa roztok hexahydrátu chloridu železitého pridal k roztoku dekahydrátu ferokyanidu sodného, aby sa vytvorilo veľké množstvo tmavomodrej zrazeniny. Po inkubácii pri 60 stupňoch počas 1 hodiny sa roztok odstredil, aby sa získala zrazenina, ktorá sa štyrikrát premyla deionizovanou vodou a potom sa sušila v sušiarni pri 80 stupňoch počas 8 hodín, aby sa získala vzorka LQ-FeHCF.
Pripravené elektródové materiály sa zmiešali podľa pomeru m (aktívny materiál): m (acetylénová čerň): m (polyvinylidénfluorid (PVDF)){{0}}:15:10. Pridá sa vhodné množstvo N-metylpyrolidónu (NMP) a mieša sa počas 8 hodín a potom sa rovnomerne miešaná kaša rozotrie na kruhové titánové sito s priemerom asi 1,3 cm. Vysušte ho v sušiarni pri 80 stupňoch počas 12 hodín a potom ho lisom na tablety pod tlakom 10 MPa vytlačte na tenkú vrstvu, aby sa vytvorila pracovná elektróda. Trojelektródový systém bol zostavený s použitím platinového drôtu ako protielektródy a chloridu strieborného ako referenčnej elektródy. Testovala sa platforma nabíjania a vybíjania, rýchlosť a stabilita cyklu HQ-FeHCF. Ako kladná elektróda bola použitá elektródová doska HQ-FeHCF s priemerom 1,3 cm (náplň 1,14 mg aktívneho materiálu). Ako negatívna elektróda bola použitá elektródová vrstva NaTi2(P04)3 (náplň aktívneho materiálu bola 2,73 mg). Plná batéria bola vytvorená na testovanie výkonu nabíjania a vybíjania konštantným prúdom a rozsah napätia nabíjania a vybíjania konštantným prúdom batériového systému bol 0–2 V. Kapacita vybíjania elektród a hustota energie batérie sa vypočítavajú iba na základe hmotnosti aktívneho materiálu. Elektrolyt používa systém NaClO4 plus H2O plus polyetylénglykol (PEG).
Získajte viac informácií o materiáloch sodíkových iónových batérií zTOB NOVÁ ENERGIA.
