Material de cátodo revolucionário permite alta

Os cientistas fizeram avanços significativos no tratamento da instabilidade de ar/água e instabilidade estrutural e eletroquímica de materiais de cátodo à base de óxido de metal de transição de sódio para baterias de íons de sódio. Esses novos desenvolvimentos resultaram na criação de materiais catódicos estáveis ​​e de alto desempenho que exibem excelente estabilidade cíclica eletroquímica e permanecem estáveis ​​quando expostos ao ar e à água. Este avanço é crucial para o desenvolvimento de sistemas de armazenamento de energia sustentáveis ​​e econômicos para várias aplicações, incluindo eletrônicos de consumo, armazenamento de energia da rede, armazenamento de energia renovável e veículos elétricos.

Com a crescente importância dos veículos elétricos movidos a bateria devido a preocupações ambientais, é essencial o desenvolvimento de um sistema de bateria de íon de metal alcalino econômico, seguro e sustentável além do íon de lítio. A Índia, em particular, possui abundantes fontes de sódio, tornando o próximo sistema de bateria de íons de sódio altamente significativo no contexto indiano. As células de íons de sódio consistem em materiais ativos de cátodo e ânodo que permitem a inserção e remoção reversíveis de íons de Na durante a carga e descarga. O desempenho dessas células depende da estabilidade dos eletrodos, da cinética de transporte de Na e de várias resistências dinâmicas.

Embora as baterias de íons de sódio ofereçam muitas vantagens, o comportamento eletroquímico e a estabilidade dos materiais de cátodo à base de óxido metálico de transição de Na em camadas precisam ser aprimorados para uso generalizado em sistemas de baterias de íons de Na. A falta de estabilidade torna o manuseio e o armazenamento de óxidos de metais de transição de Na um desafio e impacta negativamente seu desempenho eletroquímico. Além disso, sua instabilidade na água exige o uso de produtos químicos tóxicos e caros, como N-Metil-2-pirrolidona (NMP) para a preparação do eletrodo, em vez de pastas à base de água.

O grupo do professor Amartya Mukhopadhyay no IIT Bombay fez progressos significativos no desenvolvimento de cátodos ambientalmente estáveis ​​e de alto desempenho para baterias de íons de sódio. Ao introduzir o espaçamento "interslab" por meio do ajuste da covalência da ligação TM-O, eles propuseram um critério de design universal para o desenvolvimento bem-sucedido e generalizado desses cátodos. Ajustar o grau de covalência afeta a carga líquida nos íons O, influenciando a atração eletrostática entre os íons Na e O, bem como as repulsões entre os íons O através da camada de Na.

A pesquisa demonstra que a redução da covalência TM-O resulta em ligações Na-O mais fortes e melhor estabilidade ar/água, enquanto o aumento da covalência TM-O leva a ligações Na-O mais fracas e cinética de transporte de Na aprimorada, permitindo maior densidade de potência. Além disso, ao aumentar a covalência da ligação TM-O, o grupo estabilizou a coordenação O prismática dos íons Na, permitindo maior capacidade de armazenamento de Na e melhor estabilidade ar/água.

Esses avanços têm imenso significado prático e espera-se que facilitem o desenvolvimento generalizado de sistemas de bateria de íons de sódio de alto desempenho e econômicos por meio de métodos de processamento de eletrodos ecológicos.