Els científics dissenyen una bateria d'ions de sodi-de baix cost- amb materials d'elèctrodes barats

Un equip d'investigació internacional ha dissenyat un sistema d'emmagatzematge de bateria d'ions de sodi (SIB) basat en un material càtode de tipus P2 conegut com Na0.67Mn0.33Ni0.33Fe0.33O2 i un ànode que es basa en un material de carboni dur fabricat a partir de flors de lavanda.

La configuració del sistema proposada està pensada per a la fabricació de baix-cost, alhora que garanteix l'escalabilitat i la sostenibilitat ambiental, ja que els dos materials d'elèctrode es descriuen com a precursors "àmpliament accessibles".

"La diversitat de plantes i la capacitat de producció són factors importants que afecten la comercialització dels SIB, ja que els carbonis durs derivats de les plantes-són sostenibles i econòmics", van explicar els investigadors. "El carboni dur derivat de les plantes preserva les microestructures dels teixits vegetals, millorant així la penetració de l'electròlit i la difusivitat del sodi.

Els científics van estimar la producció mundial d'espígol en unes 1.000-1.500 tones anuals. Tanmateix, només una petita fracció d'aquesta producció es pot utilitzar per a materials d'elèctrode, ja que només el residu de flors és adequat per a la conversió en carboni dur.

També van observar que l'ànode de carboni dur i el càtode tipus P2-a la cel·la completa tenen dipòsits de sodi insuficients, cosa que comporta un rendiment electroquímic deficient. "El present treball aborda aquest buit avaluant el rendiment cel·lular complet de P2-Na0.67Mn0.9Ni0.1O2 juntament amb carboni dur derivat de residus de flors d'espígol sota diferents enfocaments de presodiació", van explicar a més.

Els científics van utilitzar la difracció de raigs X (XRD), la microscòpia electrònica d'escaneig (SEM), l'espectroscòpia de fotoelectrons de raigs X (XPS), l'espectroscòpia d'infrarojos de transformada de Fourier (FTIR) i l'espectroscòpia Raman per caracteritzar el càtode i l'ànode del sistema SIB, mentre que l'estructura hexagonal P6 i l'ànode han trobat una estructura hexagonal. l'ànode mostrava pics amplis característics de carboni amorf.

SEM i TEM van revelar, en particular, grans de càtode de mida micròmetre-i una superfície de carboni dur porosa, i EDS i XPS van indicar que el material té una bona estabilitat estructural. Una anàlisi posterior també va demostrar que la incorporació de níquel (Ni) va millorar el rendiment estructural, electrònic i electroquímic del càtode.

A més, les proves electroquímiques van revelar capacitats inicials de 200 mAh/g per al càtode i 360 mAh/g per a l'ànode amb retencions de capacitat del 42% i del 67,4% després de 100 cicles. En general, es va trobar que el dopatge de Ni millorava la conductivitat i l'estabilitat del càtode, i l'ànode va demostrar un bon rendiment d'emmagatzematge de sodi, donant suport a un rendiment fort de mitja-cel·la i potencial de-cel·la completa, segons els investigadors.

"Aquest estudi exhaustiu posa de manifest el potencial per desenvolupar SIB amb materials d'elèctrodes sostenibles i de baix-cost", van concloure. "L'optimització de les estratègies de presodiació ofereix una oportunitat per a tecnologies SIB comercials avançades i escalables".

El sistema es va descriure a l'estudi "Bateries d'ions de sodi rendibles en cost-que utilitzen un càtode de Na0,67Mn0,9Ni0,1O2 i residus-flors--de carboni dur derivats d'espígol amb un enfocament comparatiu de pre-remull", publicat al Journal of Power Sources. L'equip d'investigació estava format per científics de la Universitat Inonu de Turquia, la Universitat Tècnica d'Istanbul, la Universitat Malatya Turgut Ozal i la Universitat Aksaray, així com de l'Institut de Ciència i Tecnologia de Corea i la Universitat Quaid-i{-Azam del Pakistan, entre d'altres.