Selon une étude récente publiée dans Sciences avancées, les scientifiques ont réussi à améliorer la capacité spécifique de Na3V2(PO4)3 (NVP), un nouveau matériau d’électrode. Ils ont également trouvé son comportement de pseudocapacité extrinsèque relativement exotique.
Ce travail, mené par un groupe de recherche dirigé par le professeur Zhao Bangchuan des instituts Hefei des sciences physiques de l’Académie chinoise des sciences, active efficacement le site M1 dans la structure de la NVP en réduisant la cristallinité du matériau, et réalise la réversibilité insertion et élimination de trois ions sodium.
Le NVP a une structure hexagonale NASICON (ou super conducteur d’ions sodium). Les ions sodium occupent deux sites de Wyckoff inégaux, dont 1/3 sont situés au site 6b (M1) et 2/3 au site 18e (M2). Du point de vue de l’équilibre thermodynamique et de la cinétique, les ions sodium au site M1 sont difficiles à impliquer dans la réaction redox. Il n’y a pas de réactivité électrochimique pendant les processus de charge et de décharge.
L’insertion et l’élimination réversibles des ions sodium ne se produisent qu’au site M2. Seuls deux ions sodium participent à la réaction électrochimique par l’intermédiaire du couple V4+/V3+redox. Par conséquent, la capacité spécifique théorique de NVP n’est que de 117,6 mAh g-1. La question de savoir si la capacité spécifique de la NVP peut être améliorée en activant le site M1 et en utilisant la réaction redox V5+/V4+ est un grand défi dans ce domaine.
Dans ce travail, le précurseur de NVP a été déposé sur un substrat en mousse de carbone par la méthode de pulvérisation électrostatique, et la cristallinité de la NVP a été ajustée en contrôlant la température de recuit. Deux matériaux NVP, NVP-E600 et NVP-E700, ont été obtenus. Les températures de recuit correspondantes étaient respectivement de 600 et 700 degrés Celsius.
Avec un matériau NVP à structure coexistante en phase nanocristalline et amorphe comme cathode et la feuille de sodium métallique comme contre-électrode, une cellule de type pièce a été assemblée et ses performances de stockage du sodium ont été évaluées.
Les résultats ont montré que le matériau NVP à structure coexistante en phase nanocristalline et amorphe avait d’excellentes performances de vitesse et une stabilité de cycle en raison de la désinsertion réversible de trois ions sodium. Il affiche une capacité spécifique de 179,6 mAh g-1 à 0,2 C (1 C = 117,6 mA g-1), et le taux de rétention de capacité est de 99,6 % après 200 cycles. Même à un taux élevé de 10 C, il a également une capacité spécifique de 73,5 mAh g-1.
Les résultats des tests du spectre d’impédance électrochimique et des courbes de voltamétrie cyclique montrent que ce matériau NVP désordonné a une forte cinétique de réaction électrochimique, et le stockage de charge était principalement pseudo-capacitif, ce qui est très différent du NVP cristallin avec un comportement de stockage de charge de type batterie.
Le comportement de pseudocapacité extrinsèque dans le matériau hautement désordonné peut être attribué au fait que l’introduction d’une structure désordonnée modifie l’interaction entre les ions sodium dans les matériaux NVP, ce qui fait que le processus de charge-décharge passe de la réaction originale à deux phases à une phase unique. réaction. Ceci provoque la disparition de la plate-forme dans les courbes de charge-décharge et du rectangle des courbes de voltamétrie cyclique.
Cela démontre l’importance de la structure désordonnée pour le processus de réaction à trois électrons et la pseudocapacité extrinsèque dans les cathodes NVP des batteries sodium-ion, selon l’équipe.
Plus d’information:
Hongyang Ma et al, Réglage de la cristallinité de Na3V2(PO4)3 : Libérer la capacité de stockage du sodium et induire un comportement de pseudocapacité, Sciences avancées (2022). DOI : 10.1002/advs.202203552