تاثیر مثبت نانونقطه‌ها روی عملکرد باتری‌های یون سدیم

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، نانو نقطه‌های بسیار کوچک می‌توانند عملکرد ذخیره‌سازی +Na را افزایش دهند و از این طریق در باتری‌های یون سدیم نقش موثری را ایفا کنند.

مواد مبتنی بر آنتیموان به دلیل ظرفیت نظری زیادی که دارند، به عنوان مواد آند در باتری‌های یون سدیم (SIB) چشم‌انداز خوبی دارند. متأسفانه رشد حجمی بالا و رسانش یون محدود در روش الکترولیتی، مانع از رسیدن آن‌ها به قابلیت‌های نظری می‌شود.

در مطالعه‌ای که نتایج آن در مجله کربن منتشر شد، احیای حرارتی H ۲/C، سلنیزه کردن و سولفور کردن (SAS) استیبوگلوکونات سدیم منجر به ایجاد نانو نقطه‌های Sb ۲ Se ۳@C و Sb ۲ S ۳@C به ترتیب با قطر‌های ۲۰٫۷ نانومتر و ۱۹ نانومتر شد.

تلاش‌های زیادی برای بررسی مواد الکترود مناسب برای باتری‌های یون سدیم (SIB) انجام شده است. به دلیل ظرفیت‌های افزایش یافته آن‌ها در مقایسه با مواد آندی مبتنی بر intercalation، مواد آلیاژی محبوبیت زیادی پیدا کرده‌اند.

مواد مبتنی بر آنتیموان (Sb، SnSb، Sb ۲ Se ۳، Sb ۲ S ۳) مواد آندی ممکن برای باتری‌های یون سدیم هستند که مکانیسم‌های الکترولیتی منحصر به فرد و ظرفیت‌های فرضی قابل توجهی دارند. Sb ۲ Se ۳ و Sb ۲ S ۳ به دلیل ظرفیت‌های خاص فرضی زیادی که دارند، گزینه‌های جذابی هستند.

متأسفانه، رشد حجمی قابل توجه و هدایت یونی ناکافی در فرآیند الکتروشیمیایی آن‌ها دو موضوع اساسی است که باعث تضعیف سریع ظرفیت و عملکرد و همچنین نرخ ضعیف در چگالی جریان بالا می‌شود.

Sb ۲ Se ۳ و Sb ۲ S ۳ کالکوژنید‌های مبتنی بر آنتیموان با آنیون‌های متفاوت هستند که منجر به تغییراتی در آرایش و هدایت می‌شوند. مطالعات تأثیر آنیون‌های مختلف بر رشد حجمی مورفولوژی الکترود، ظرفیت اتصال با یون‌های سدیم (+Na) در فاز شارژ/تخلیه، و هدایت یونی از اهمیت ویژه‌ای در توسعه اجزای الکترود برای یون سدیم برخوردار است.

با توجه به اینکه هر دو ماده دارای تخریب سریع ظرفیت و عملکرد ضعیف هستند، جلوگیری از شکست ساختار و افزایش هدایت الکترود از اهداف اولیه در نظر گرفته می‌شود.

به طور کلی، طراحی ساختاری منطقی و کپسوله‌سازی کربن راه‌حل‌های عالی برای این مسائل هستند. استفاده از مواد در مقیاس نانو ممکن است مسیر‌های انتشار یونی را کاهش دهد و تبادل الکترون‌ها و یون‌های +Na را سرعت بخشد.

در این پروژه طیفی از کامپوزیت‌های Sb ۲ Se ۳@C و Sb ۲ S ۳@C برای باتری‌های یون سدیم بررسی شده‌اند. قدرت پراش اشعه ایکس (XRD) برای توصیف ویژگی‌های کریستالوگرافی استفاده شد. وجود کربن آمورف با بارگذاری گوگرد یا سلنیوم با طیف‌سنجی رامان تأیید شد و مقدار کربن آمورف با ارزیابی گرما وزنی تأیید شد.

در این مطالعه، محققان Sb ۲ X ۳ (که در آن ایکس Se یا S است) NDs@C را از استیبوگلوکونات سدیم با استفاده از روش پیرولیتیک پیچیده سنتز کردند و از آن‌ها به عنوان اجزای آند برای باتری‌های یون سدیم استفاده کردند. نانو نقطه‌هایی با اندازه ذرات حدود ۱۹ تا ۲۱ نانومتر در یک چارچوب کربن رسانا بارگیری شده با سلنیوم یا گوگرد محصور شدند.

هر نانو نقطه Sb ۲ Se ۳ و Sb ۲ S ۳ توسط یک ماتریس کربن با پیوند ضعیف گرافیتی پوشیده شده بود که سپس برای ایجاد یک چارچوب بسیار رسانا به هم متصل شد.

ظرفیت برگشت پذیر نمایش داده شده توسط الکترود Sb ۲ Se ۳ NDs@C حدود ۳۱۶ mAh g-۱ پس از ۱۰۰ سیکل در ۱۰۰ mAg-۱ و حدود ۲۶۹ mAh g-۱ پس از ۲۰۰ چرخه در ۱ Ag-۱ بود.