AZ 
Atom mübadiləsi yüksək enerjili natrium-ion batareyaları üçün fosfat katodlarını təkmilləşdirə bilər
İnqrid Fadelli , Phys.org tərəfindən
redaktə edən: Gaby Clark , rəy verən: Robert Egan
Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin
NFPP katodunda harmonizasiya olunmuş Na+ koordinasiyasının dizaynı. Müəllif: Li və başqaları.
Bu gün bazarda olan əksər smartfonlar, portativ kompüterlər və digər cihazlar litium-ion (Li-ion) batareyaları ilə işləyir. Bu doldurulan batareyalar olduqca yaxşı işləsə də, onlar digər materiallar qədər bol olmayan və dünyanın müxtəlif ölkələrində bərabər paylanmayan litiuma əsaslanır.
Son onilliklər ərzində enerji mühəndisləri daha bol və əlverişli olan digər materiallara əsaslanan doldurula bilən batareyaların potensialını araşdırırlar. Bunlara natrium ionlarından (Na + ) yük daşıyıcısı kimi istifadə edən natrium-ion (Na-ion) batareyalar daxildir.
Digər batareyalarda olduğu kimi, Na-ion batareyalarındakı yük daşıyıcıları katod (yəni müsbət yüklü ionları cəlb edən elektrod) və anod (yəni mənfi yüklü ionları cəlb edən elektrod) arasında hərəkət edir. Batareyaların işini, sabitliyini, təhlükəsizliyini və enerji sıxlığını artırmaq üçün mühəndislər yeni katodlar dizayn edə və ya mövcud olanları təkmilləşdirməyə çalışa bilərlər.
Zhejiang Universiteti, Sun Yat-sen Universiteti və digər institutların tədqiqatçıları bu yaxınlarda Na-ion batareyaları üçün dəmir əsaslı fosfat katodlarını gücləndirmək üçün yeni bir yanaşma təqdim etdilər. Onların Nature Energy jurnalında dərc olunmuş bir məqalədə təqdim etdiyi təklif olunan strategiya, bəzi dəmir atomlarını vanadium ionları ( V3+) ilə əvəz edərək Na4Fe3 ( PO4 ) 2P2O7 materialına əsaslanaraq katodların atom quruluşunu dəyişdirməyi nəzərdə tutur .
Xinyu Li, Duoduo Zhang və həmkarları yazırdılar ki, “Fe əsaslı polianion katodlar, stabilliyi, təhlükəsizliyi və element bolluğu səbəbindən böyük miqyaslı Na-ion batareyaları üçün perspektivlidir. Lakin, onların tutumu elektrokimyəvi cəhətdən qeyri-aktiv Na sahələri və dönməz Na itkisi ilə məhdud olaraq qalır”.
“Biz müəyyən etdik ki, Na + koordinasiya mühiti Na4Fe3 (PO4 ) 2P2O7 tipli katodlarda Na-sayt əlçatanlığına və redoks aktivliyinə kritik təsir göstərir . “
Fosfat katodlarının strukturunun təkmilləşdirilməsi
Tədqiqatlarının bir hissəsi olaraq, Li, Zhang və həmkarları əvvəlcə əvvəllər Na-ion batareyalarına inteqrasiya edilmiş dəmir əsaslı fosfat katodlarını araşdırdılar. Xüsusilə, onlar bu katodlardakı bəzi Na + ionlarının batareyalar doldurulub boşaldılarkən elektrokimyəvi cəhətdən qeyri-aktiv qalmasının və sərbəst hərəkət etməməsinin səbəbini müəyyən etməyə çalışdılar.
Təhlillərinin nəticələrinə əsasən, onlar daha sonra bu qeyri-aktiv ionları aktivləşdirmək və beləliklə, Na-ion batareyalarının həm tutumunu, həm də enerji sıxlığını artırmaq üçün hazırlanmış bir strategiya hazırladılar. Onların təklif etdiyi yanaşma, katoddakı müəyyən yerlərdə dəmir atomlarının V3 + ionları ilə əvəz edilməsini nəzərdə tutur.
Tədqiqatçılar katod dizayn strategiyalarının potensialını bir sıra kompüter simulyasiyalarında və real təcrübələrdə qiymətləndirdilər. Onların tapıntıları çox ümidverici idi, çünki seçilmiş dəmir atomlarının V3 + ionları ilə əvəz edilməsi əvvəllər əlçatmaz olan Na ionlarını uğurla aktivləşdirdi və batareya tutumunu və enerji sıxlığını artırdı.
Müəlliflər yazırdılar ki, “Birgə eksperimental və nəzəri təhlillər göstərir ki, Fe2 sahəsində dəqiq V3 + əvəzlənməsi Na + koordinasiya həndəsəsini uyğunlaşdırır və polianion çərçivəni yumşaldır, beləliklə əvvəllər inert olan Na sahələrini aktivləşdirir və 4 V-dan yuxarı yüksək gərginlikli redoks reaksiyalarını sabitləşdirir”.
“Optimallaşdırılmış Na 3.4 Fe 2.4 V 0.6 (PO4 ) 2P 2 O 7, tam Na + istifadəsinə (3.4 Na +, 150.7 mAh g −1) və enerji sıxlığında 52% artıma (487 Wh kg −1) nail olur və bu da Li – ion fosfat katodlarının praktik həddinə yaxınlaşır. O, həmçinin müstəsna davamlılıq, 2.1–4.5 V diapazonunda 10.000-dən çox dövrə və sabit kisə-hüceyrə performansı nümayiş etdirir.”
Na-ion batareyalarının yerləşdirilməsini asanlaşdırmaq
Li, Zhang və onların əməkdaşları tərəfindən indiyə qədər tətbiq edilən katod gücləndirmə strategiyası Na-ion batareyalarının tutumunu və enerji sıxlığını uğurla artırdığını sübut etdi. Gələcəkdə bu strategiya daha da təkmilləşdirilə, digər fosfat əsaslı katodlara tətbiq oluna və real iş şəraitində daha real təcrübələrdə sınaqdan keçirilə bilər.
Müəlliflər yazırdılar ki, “Bu tapıntılar fosfat katodlarında daxili tutum məhdudiyyətlərini aradan qaldırmaq üçün koordinasiyaya əsaslanan bir strategiya təqdim edir və yüksək enerjili, davamlı Na-ion batareyalarına imkan verir”.
Nəticə etibarilə, bu tədqiqat qrupunun səyləri mövcud Li-ion batareyalarından daha əlverişli olan təhlükəsiz, sabit və yüksək enerjili doldurulan batareyaların tətbiqinə töhfə verə bilər. Bu batareyalar potensial olaraq həm portativ, həm də elektrikli nəqliyyat vasitələri də daxil olmaqla böyük elektronikada istifadə edilə bilər.
Müəllifimiz İnqrid Fadelli tərəfindən sizin üçün yazılmış, Qeb Klark tərəfindən redaktə edilmiş və Robert İqan tərəfindən faktlar yoxlanılmış və nəzərdən keçirilmiş bu məqalə diqqətli insan əməyinin nəticəsidir. Müstəqil elmi jurnalistikanı yaşatmaq üçün sizin kimi oxuculara güvənirik. Əgər bu reportaj sizin üçün vacibdirsə, xahiş edirik ianə etməyi (xüsusilə aylıq) nəzərdən keçirin. Təşəkkür olaraq reklamsız hesab əldə edəcəksiniz .
Nəşr detalları
Xinyu Li və digərləri, Yüksək enerjili fosfat katodları üçün harmonlaşdırılmış natrium koordinasiya mühəndisliyi, Nature Energy (2026). DOI: 10.1038/s41560-026-02059-w .
Jurnal məlumatı: Nature Energy
