Przygotowanie wysokiej jakości nanokostek Fe4[Fe(CN)6]3: jako materiał katodowy do wodnego akumulatora sodowo-jonowego
WANG Wu-Lian. Wysokiej jakości nanokostki Fe4[Fe(CN)6]3: synteza i wydajność elektrochemiczna jako materiał katodowy do wodnego akumulatora sodowo-jonowego. Journal of Inorganic Materials[J], 2019, 34(12): 1301-1308 doi:10.15541/jim20190076
Wysokiej jakości nanosześciany Fe4[Fe(CN)6]3 (HQ-FeHCF) zsyntetyzowano prostą metodą hydrotermalną. Scharakteryzowano jego strukturę, morfologię i zawartość wody. Fe4[Fe(CN)6]3 ma regularny sześcienny kształt o jednakowej wielkości ok. 500 nm, która należy do fazy sześciennej skupionej na twarzy. Fe4[Fe(CN)6]3 wykazuje zdolności rozładowania 124, 118, 105, 94, 83, 74 i 64 mAh·g -1 przy odpowiednio 1C, 2C, 5C, 10C, 20C, 30C i 40C, w wodnym trójskładnikowym elektrolicie NaClO4-H2O-glikolu polietylenowego. Jego zachowanie pojemności pozostaje w 100 procentach po 500 cyklach ładowania/rozładowania w tempie 5C. Wyprodukowano w pełni naładowany akumulator z Fe4[Fe(CN)6]3 jako katodą i NaTi2(PO4)3 jako anodą, który zapewnia określoną gęstość energii 126 Wh·kg -1 (w oparciu o aktywne materiały elektrody) przy napięciu wyjściowym 1,9 V. Ponadto 92 procent jego początkowej pojemności rozładowania zachowuje się po 140 cyklach ładowania/rozładowania z szybkością 5C, a jego sprawność kulombowska jest bliska 100%. .
Przygotowanie materiałów elektrodowych
Wykorzystując Na4Fe(CN)6 jako pojedyncze źródło żelaza, zsyntetyzowano wysokiej jakości nanomateriały Fe4[Fe(CN)6]3(HQ-FeHCF) prostą metodą hydrotermalną. Ponadto tradycyjne metody porównawcze zsyntetyzowały nanomateriały Fe4[Fe(CN)6]3(LQ-FeHCF) niskiej jakości, a także zbadano strukturę, morfologię i właściwości elektrochemiczne HQ-FeHCF i LQ-FeHCF. Ostatecznie, używając HQ-FeHCF jako elektrody dodatniej, NaTi2(PO4)3 jako elektrody ujemnej i NaClO4-H2O-glikolu polietylenowego (PEG) jako elektrolitu, zmontowano wodny akumulator sodowo-jonowy.
Przygotowanie HQ-FeHCF i LQ-FeHCF
W temperaturze pokojowej 4 g poliwinylopirolidonu K-30 (PVP) i 0,126 g dekahydratu żelazocyjanku sodu dodano do 50 ml wodnego roztworu kwasu chlorowodorowego o pH =0,8, mieszano przez 1 godzinę i roztwór zmienił kolor na żółty po całkowitym rozpuszczeniu. Następnie równomiernie wymieszany roztwór umieszczono w piecu w temperaturze 80 stopni na 12 godzin. Roztwór schłodzony do temperatury pokojowej odwirowano w celu uzyskania osadu i przemyto wodą dejonizowaną. Po powtórzeniu 4 razy próbkę HQ-FeHCF otrzymano przez suszenie w piecu w temperaturze 80 stopni przez 8 godzin.
Dodać odpowiednio 2,7 g heksahydratu chlorku żelazowego i 3,6 g dekahydratu żelazocyjanku sodu do 100 ml dejonizowanej wody. Mieszaj w 60 stopniach, aż dwa roztwory całkowicie się rozpuszczą. Następnie roztwór sześciowodnej soli chlorku żelazowego dodano do roztworu soli dekahydratu żelazocyjanku sodu w celu wytworzenia dużej ilości ciemnoniebieskiego osadu. Po inkubacji w temperaturze 60 stopni przez 1 godzinę roztwór odwirowano w celu uzyskania osadu, który przemyto czterokrotnie wodą dejonizowaną, a następnie suszono w piecu w temperaturze 80 stopni przez 8 godzin w celu uzyskania próbki LQ-FeHCF.
Przygotowane materiały elektrod mieszano w stosunku m (materiał aktywny): m (czerń acetylenowa): m (polifluorek winylidenu (PVDF)) {{0}}:15:10. Dodać odpowiednią ilość N-metylopirolidonu (NMP) i mieszać przez 8 h, a następnie równomiernie wymieszaną zawiesinę rozprowadzić na kolistej siatce tytanowej o średnicy około 1,3 cm. Suszyć w piecu w temperaturze 80 stopni przez 12 h, a następnie prasować tabletkarką pod ciśnieniem 10 MPa w cienki arkusz, aby uzyskać elektrodę roboczą. Układ trójelektrodowy został zmontowany przy użyciu drutu platynowego jako przeciwelektrody i chlorku srebra jako elektrody odniesienia. Przetestowano platformę ładowania i rozładowania, wydajność szybkości i stabilność cyklu HQ-FeHCF. Arkusz elektrody HQ-FeHCF o średnicy 1,3 cm zastosowano jako elektrodę dodatnią (obciążenie materiałem aktywnym 1,14 mg). Arkusz elektrody NaTi2(PO4)3 zastosowano jako elektrodę ujemną (obciążenie materiałem aktywnym wynosiło 2,73 mg). Pełna bateria została utworzona do testowania wydajności ładowania-rozładowania prądem stałym, a zakres napięcia ładowania-rozładowania przy stałym prądzie układu baterii wynosił 0–2 V. Pojemność rozładowania elektrody i gęstość energii baterii są obliczane tylko na podstawie masy materiału aktywnego. Elektrolit wykorzystuje system NaClO4 plus H2O plus glikol polietylenowy (PEG).
Dowiedz się więcej o materiałach na baterie sodowo-jonowe odTOB NOWA ENERGIA.
