Na4Mn9O18 / Compuesto de nanotubos de carbono como material de alto rendimiento electroquímico para baterías acuosas de iones de sodio

Resumen

La batería acuosa de iones de sodio (ASIB) es uno de los nuevos y prometedores sistemas de almacenamiento de energía debido a los abundantes recursos de sodio, así como a la eficiencia y seguridad del electrolito. Aquí, informamos un sistema ASIB con Na ₄ Mn ₉ O ₁₈ / nanotubos de carbono (NMO / CNT) como cátodo, Zn metálico como ánodo y un nuevo Na ⁺ / Zn ²⁺ ion mixto como electrolito. El NMO / CNT con estructura microesférica se prepara mediante un sencillo método de secado por pulverización. La batería preparada ofrece una alta capacidad específica reversible y una ciclabilidad estable. Además, la batería muestra una capacidad de descarga reversible estable de 53,2 mAh g ⁻¹ incluso a una alta tasa de corriente de 4 C después de 150 ciclos. Nuestros resultados confirman que el compuesto NMO / CNT es un material de cátodo de electrodo prometedor para ASIB.

Antecedentes

Las baterías de iones de litio (LIB) se consideran fuentes de energía prometedoras para sus aplicaciones en dispositivos electrónicos portátiles [1, 2]. Específicamente, varios sistemas LIB acuosos han atraído una atención creciente debido a su bajo costo, seguridad y capacidad de alta velocidad [3]. En 1994, el grupo Dahn propuso por primera vez un sistema LIB acuoso [4]. Desde entonces, muchos materiales de electrodos como LiFePO ₄ [5], LiMn ₂ O ₄ [6] y LiCoO ₂ [7] se han desarrollado. Sin embargo, los informes anteriores se centran en los materiales de litio como ánodo. Sin embargo, el litio tiene poca abundancia en la corteza terrestre, lo que podría aumentar los costos y reducir la implementación a gran escala [8].

Las baterías acuosas de iones de sodio (ASIB) han ganado mucha atención como sustitutos de las LIB acuosas debido a las buenas propiedades químicas y los bajos precios del sodio. Actualmente, varios materiales a base de sodio como Na ₃ V ₂ (PO ₄ ) ₃ [9], Na ₂ FeP ₂ O ₇ [10], Na ₂ CuFe (CN) ₆ [11] y Na ₄ Mn ₉ O ₁₈ se han desarrollado como materiales activos para los ASIB [12]. Entre ellos, Na ₄ Mn ₉ O ₁₈ (NMO) con estructura ortogonal tiene dos tipos de túneles (tipo S y tipo O) formados por el MnO ₆ octaedros y MnO ₅ pirámides cuadradas. Dos sitios de sodio ocupan los grandes túneles de tipo S, así como un sitio de sodio ocupa túneles de tipo O más pequeños [13]. Estos túneles en NMO son propicios para la transmisión de iones de sodio. Sin embargo, la baja conductividad y la enorme expansión de volumen del NMO durante la inserción / extracción de Na ⁺ grande que da como resultado la pulverización del material activo dificulta su aplicación como cátodo en ASIB. [14, 15, 16]. Por lo tanto, se han desarrollado varios enfoques para resolver los problemas mencionados anteriormente. Uno de los métodos efectivos es componer con materiales de carbono con una gran estabilidad química y conductiva que puede amortiguar el cambio de volumen, mejorando simultáneamente la conductividad eléctrica del electrodo [17, 18]. En la actualidad, los materiales de carbono nanoestructurados como el carbono poroso [19], el carbono esférico [20], el grafeno [21] y los nanotubos de carbono [3, 22] se utilizan ampliamente como soportes de material activo. Entre los diversos sustratos, el nanotubo de carbono podría formar un esqueleto conductor, que puede aumentar la ruta de transmisión de electrones y mejorar las propiedades mecánicas del material [23]. Además, la estructura del material del cátodo, como el tamaño de las partículas, la morfología microscópica y el área de superficie específica, afectan seriamente el rendimiento electroquímico de la batería [24]. En comparación con los polvos irregulares, los polvos microesféricos con distribuciones de tamaño estrechas exhiben excelentes propiedades electroquímicas debido a su alta densidad de contacto. El secado por aspersión es una vía eficaz para sintetizar polvos esféricos homogéneos y multicomponentes finos [25]. Las muestras compuestas con estructura microesférica como LiFePO ₄ / C y Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ / C [24, 26] se han sintetizado mediante secado por aspersión y se utilizan en baterías de iones de litio, pero las técnicas de secado por aspersión rara vez se utilizan en baterías de iones de sodio.

En este trabajo, reportamos por primera vez la preparación de Na ₄ Mn ₉ O ₁₈ / compuesto de nanotubos de carbono (NMO / CNT) con estructura microesférica mediante el método de secado por atomización (Fig. 1). Los ASIB se construyeron luego con NMO / CNT como cátodo, nuevo Na ⁺ / Zn ²⁺ de iones mixtos como electrolitos y zinc metálico como ánodo. En este novedoso sistema de batería, se han investigado las propiedades electroquímicas del compuesto NMO / CNT resultante como cátodo.

El diagrama esquemático de NMO / CNT

Métodos

Preparación del material

El precursor compuesto NMO / CNT se preparó en primer lugar de la siguiente manera:se añadieron 4,0 mg de dispersión acuosa de CNT (9% en peso, Timesnano, Chengdu) en 30 ml de KMnO ₄ 0,1 M y solución acuosa de NaOH 3,0 M con agitación. Luego, 30 mL de 0.28 M MnSO ₄ La solución se vertió en la solución mixta anterior y la precipitación marrón se produjo de repente. La precipitación resultante se obtuvo por método centrífugo y se dejó reposar durante 24 h para formar una muestra envejecida en húmedo. A continuación, se añadieron 4 g de muestra envejecida en húmedo a 100 ml de una solución de NaOH 15 M y se agitó durante 25 min para formar la suspensión de color marrón oscuro. Finalmente, la suspensión se calentó a 180 ° C durante 24 h utilizando un autoclave de acero inoxidable de 150 ml con revestimiento de teflón. El precursor compuesto NMO / CNT se lavó repetidamente con agua desionizada y se secó a 80 ° C en el aire.

Para preparar el compuesto NMO / CNT, se añadieron 0,6 g de precursor NMO / CNT en 150 ml de agua desionizada con ultrasonidos durante 15 min para formar una suspensión marrón. La suspensión se añadió a la máquina de secado por aspersión (HOLVES, Beijing) mediante una bomba peristáltica a 6 ml min ^-1 . Luego, se atomizó a 205 ° C aplicando una boquilla de dos fluidos con una presión de atomización de 0.8 MPa y una temperatura de salida de 110 ° C. El polvo obtenido es el compuesto NMO / CNT deseado con estructura microesférica. La partícula de NMO de referencia sin CNT se preparó siguiendo las mismas condiciones.

Caracterización del material

La fecha de difracción de rayos X en polvo (XRD) de las muestras preparadas se midió mediante una difracción de rayos X (XRD, D8 Discover, Bruker) empleando radiación Cu Kα. El análisis termogravimétrico (TG, SDT Q-600, TA Instruments-Waters LLC) se llevó a cabo de 25 a 1000 ° C con una velocidad de calentamiento de 10 ° C min ⁻¹ bajo el aire. La espectroscopía Raman se llevó a cabo utilizando un sistema Jobin-Yvon T6400 Micro-Raman con un láser de iones de argón de 532 nm. El análisis de microscopía electrónica de barrido (SEM) se recogió en un microscopio electrónico de barrido Hitachi Limited S-4800. La estructura interior y la difracción electrónica de área seleccionada (SAED) de las muestras se estudiaron utilizando un microscopio electrónico de transmisión de alta resolución (HR-TEM) JEOL JEM-2800 a 160 kV. El contenido de Mn en el electrolito se midió mediante espectroscopia de emisión óptica de plasma acoplado inductivo (ICP-OES, PRODIGY XP, LEEMON).

Mediciones electroquímicas

Para preparar el electrodo compuesto NMO / CNT, la suspensión se preparó primero mezclando con 80% en peso de la muestra preparada, 10% en peso de negro de acetileno y 10% en peso de fluoruro de polivinilideno (PVDF) en N -metil-2-pirrolidona (NMP). La suspensión anterior se extendió uniformemente sobre un colector de corriente de lámina de carbono y se secó a 75 ° C durante 12 h. La hoja de carbono y la hoja de metal de Zn anteriores se cortaron en discos circulares con 15 mm de diámetro como cátodo y ánodo, respectivamente. La solución que contiene 1 M Na ₂ SO ₄ y 0,5 M de ZnSO ₄ con pH =4 se utilizó como electrolito, y se aplicó una esterilla de vidrio absorbido (NSG Corporation) como separador [27, 28]. Se ensamblaron 2025 baterías tipo moneda en atmósfera de aire antes de las pruebas electroquímicas. El rendimiento del ciclo de carga / descarga se investigó en un sistema de prueba de baterías (Neware, Shenzhen) en el rango potencial de 1 a 1,85 V (en comparación con Zn ²⁺ / Zn). Las voltamperometrías cíclicas (CV) se llevaron a cabo en la estación de trabajo electroquímica (Princeton, VersaSTAT 4) en el rango de potencial de 1 a 2 V (frente a Zn ²⁺ / Zn). La espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) se realizó utilizando la estación de trabajo electroquímica (Princeton, VersaSTAT 4) en el rango de frecuencia de 0,01 a 100 kHz.

Resultados y discusión

Los patrones XRD de NMO / CNT y NMO se muestran en la Fig. 2a. Ambos patrones de XRD concuerdan bien con la fase de NMO (JCPDS # 27-0750) [29], revelando que el método hidrotermal y de secado por aspersión es una ruta válida para sintetizar el Na ₄ Mn ₉ O ₁₈ -materiales a base de El patrón XRD de NMO / CNT exhibe dos picos ensanchados a ca. 26 ° y 44 ° en el compuesto NMO / CNT, que están asociados con los planos grafíticos (004) y (102) del CNT, respectivamente [30, 31], lo que sugiere que el compuesto NMO / CNT se preparó con éxito.

un Patrones XRD de NMO / CNT y NMO. b Espectro Raman de NMO / CNT y NMO. c Curvas TG del compuesto NMO / CNT a una velocidad de calentamiento de 10 ° C / min bajo el aire

La Figura 2b muestra los espectros Raman del compuesto NMO / CNT y la muestra de NMO pura. Los picos anchos alrededor de 600 a 650 cm ⁻¹ puede estar relacionado con las vibraciones de estiramiento de la banda de Mn – O [23]. El espectro de NMO / CNT muestra dos picos amplios y fuertes ubicados a aproximadamente 1347 cm ⁻¹ (Banda D) y 1575 cm ⁻¹ (Banda G), correspondiente al carbono grafítico en CNT [32, 33]. Los resultados de Raman confirman que el NMO / CNT preparado consiste en nanopartículas de CNT puro y NMO cristalino. El contenido real de CNT en el compuesto NMO / CNT se midió mediante análisis de TG en flujo de aire. Como se muestra en la Fig. 2c, la primera pérdida de peso de NMO / CNT por debajo de 220 ° C es causada por la evaporación de moléculas de agua adsorbidas. La siguiente pérdida de peso importante que se produce entre 350 y 500 ° C está relacionada con la combustión de CNT. Según la curva TG del compuesto NMO / CNT, se calcula que el contenido real de NMO en el compuesto es 87% en peso.

Se utilizaron SEM y TEM para determinar las morfologías de las muestras. La Figura 3a muestra la imagen SEM del compuesto NMO / CNT donde se pueden observar microesferas uniformes con un diámetro de aproximadamente 5-7 μm. Una de las esferas está agrandada en el recuadro de la Fig. 3a y se pueden observar CNT entrelazados. Las redes CNT son muy importantes porque pueden capturar NMO de la estructura de varillas. La Figura 3b muestra una imagen TEM del compuesto NMO / CNT; más claramente, se puede observar el estado de reticulación de NMO / CNT. Los NMO en forma de varilla con un diámetro de alrededor de 30 a 50 nm se enrollan con CNT que puede mejorar la conductividad eléctrica del material del cátodo compuesto. La Figura 3c muestra las franjas de celosía con una distancia entre franjas de 0,45 y 0,33 nm, correspondientes a (200) de NMO y (004) de CNT, respectivamente. El patrón SAED (Fig. 3d) exhibe la naturaleza monocristalina de NMO, lo que indica una alta cristalinidad de NMO. Y los anillos de difracción homogéneos de CNT también se pueden observar a partir del patrón SAED, lo que confirma que el NMO se ha compuesto con éxito con CNT mediante un método simple de secado por aspersión.

La morfología y estructura del NMO / CNT. un Imagen SEM; b Imagen TEM; c Imagen HRTEM; d Patrón SAED

La Figura 4a muestra las curvas CV de la celda con compuesto NMO / CNT como cátodo a una tasa san de 0,1 mV s ⁻¹ . Las curvas CV muestran dos picos de reducción alrededor de 1,20 y 1,37 V (frente a Zn ²⁺ / Zn), así como un pico de oxidación a aproximadamente 1,53 V (frente a Zn ²⁺ / Zn) durante el ciclo inicial. El pico de oxidación en el ciclo inicial muestra un pico de corriente más alto en comparación con el resto de los escaneos / ciclos, lo que podría deberse a las transiciones iniciales de fase multi-atómica para adaptar la cepa cuando se extrajo el ion Na de los materiales NMO / CNT. lo que indica cierto grado de irreversibilidad en el primer ciclo [34]. Para los siguientes ciclos, los datos muestran dos pares redox principales a aproximadamente 1,50 / 1,20 V y 1,62 / 1,37 V (frente a Zn ²⁺ / Zn), respectivamente. Están asociados con la desinserción e inserción de iones de Na desde / hacia la estructura cristalina ortorrómbica de NMO en el electrolito acuoso. Durante el proceso de carga, los iones de Na se extraen del cátodo NMO / CNT al electrolito, lo que se acompaña de la liberación de los electrones mientras que los iones de Zn se depositan en la superficie del ánodo de zinc. Cuando se descarga la batería, el zinc del ánodo pierde los electrones y se disuelve en el electrolito, mientras que en el cátodo, la reacción se invierte y los iones de Na se insertan en el cátodo para formar NMO / CNT [35]. Estas reacciones podrían representarse de la siguiente manera:

$$ {\ Displaystyle \ begin {array} {l} \ mathrm {ánodo} \ \ mathrm {reacción}:{\ mathrm {Zn}} ^ {2 +} + 2 {\ mathrm {e}} ^ {-} \ iff \ mathrm {Zn} \\ {} \ mathrm {cátodo} \ \ mathrm {reacción}:{\ mathrm {Na}} _ 4 {\ mathrm {Mn}} _ 9 {\ mathrm {O}} _ {18} \ iff {\ mathrm {Na}} _ {4-x} {\ mathrm {Mn}} _ 9 {\ mathrm {O}} _ {18} + x {\ mathrm {Na}} ^ {+} + x { \ mathrm {e}} ^ {-} \\ {} \ mathrm {total} \ \ mathrm {reacción}:2 {\ mathrm {Na}} _ 4 {\ mathrm {Mn}} _ 9 {\ mathrm {O}} _ {18} + x {\ mathrm {Zn}} ^ {2 +} \ iff 2 {\ mathrm {Na}} _ {4-x} {\ mathrm {Mn}} _ 9 {\ mathrm {O}} _ {18} + 2x {\ mathrm {Na}} ^ {+} + x \ mathrm {Zn} \ end {array}} $$

Rendimiento electroquímico del electrodo NMO / CNT. (a) Comportamiento CV del electrodo NMO / CNT a una frecuencia de exploración de 0,1 mV s ⁻¹ . (b) Perfiles de voltaje de descarga / carga del electrodo NMO / CNT para los ciclos 1, 2, 3 y 4 a 4 C

El pico de oxidación débil a aproximadamente 2 V (frente a Zn ²⁺ / Zn) está relacionado con la descomposición del agua en el electrolito [27]. Con ciclos crecientes, los potenciales del pico redox tienden a ser estables. Los picos simétricos demuestran que el proceso de desinserción / inserción de iones de Na puede considerarse altamente reversible. Se ha informado que para los materiales NMO, la disminución de la capacidad surgirá de la disolución continua de Mn ²⁺ tras una reacción de desproporción de Mn ³⁺ en Mn ²⁺ y Mn ⁴⁺ [29]. Para evaluar el efecto de este fenómeno en nuestra batería, se midió el contenido de iones Mn en el electrolito mediante ICP-OES. La concentración de iones Mn en 25 mL de electrolito en contacto con 0,12 g de material activo se midió en diferentes ambientes ácidos como se muestra en la Tabla 1.

Los resultados de este experimento mostraron que el contenido de iones Mn disminuyó con el aumento del pH. Por lo tanto, el pH del electrolito se estableció en 4 [36], lo que inhibe la reacción de desproporción mencionada anteriormente y reduce la disolución de Mn.

La descarga / carga galvanostática se realizó para medir la capacidad de almacenamiento de Na. De la curva CV, aprendimos que el voltaje debe ser inferior a 2 V para evitar la reacción de descomposición del agua. La Figura 4b ilustra las curvas de descarga / carga del electrodo NMO / CNT durante los cuatro ciclos iniciales a 4 C en el rango de potencial de 1 a 1,85 V (frente a Zn ²⁺ / Zn). En el primer ciclo, la capacidad de carga es de solo 35,8 mAh g ⁻¹ y la considerable capacidad de descarga correspondiente es de 85,6 mAh g ⁻¹ . Así, la eficiencia culómbica en el ciclo inicial es del 239,4%, mucho mayor que el 100%, lo que se debe a la descomposición del agua intersticial y al bajo contenido de ion Na [37]. Después del primer ciclo, las mesetas potenciales se mantuvieron bien después de los ciclos adicionales. Hay dos mesetas de potencial visibles en alrededor de 1,37 y 1,2 V (frente a Zn ²⁺ / Zn) en las curvas de descarga, así como dos mesetas a aproximadamente 1,50 y 1,62 V (frente a Zn ²⁺ / Zn), que corresponde al segundo, tercer y cuarto ciclo de CV.

La Figura 5a presenta el rendimiento cíclico de los electrodos NMO y NMO / CNT a una velocidad de 4 ° C. Se puede ver que las capacidades de descarga inicial de NMO y NMO / CNT son tan altas como 62.7 y 85.6 mAh g ⁻¹ , respectivamente. Las capacidades de los dos electrodos diferentes cayeron rápidamente en los primeros ciclos, que están relacionados con la reacción irreversible en el ciclo inicial. Luego, las capacidades de los electrodos se estabilizan para los ciclos continuos. La eficiencia culómbica del electrodo NMO / CNT se acerca gradualmente al 100% y se mantiene estable durante los siguientes ciclos. Para el electrodo NMO / CNT, ofrece una capacidad reversible de 53,2 mAh g ⁻¹ después de 150 ciclos, mejor que el del electrodo NMO (40 mAh g ⁻¹ ). La alta capacidad específica de descarga puede surgir de la introducción de la red de transmisión electrónica CNT, que promueve la transferencia de carga y la evolución de fase. Además, el CNT podría amortiguar el estrés y la tensión sobre el Na ⁺ Desinserción / inserción de iones debido a que son flexibles [23]. Además, la estructura esférica del NMO / CNT puede proporcionar una rápida difusión del ion y del electrolito Na. La mejora del rendimiento electroquímico de NMO / CNT también puede atribuirse al uso de un electrolito adecuado. Para fines de comparación, se ensambló una celda con 1 M Na ₂ SO ₄ solución acuosa como electrolito. Esta celda entregó una capacidad de descarga reversible de solo alrededor de 24 mAh g ⁻¹ después de 150 ciclos (Fig. 5b), es decir, la capacidad reversible del sistema se ha reducido significativamente cuando no hay ZnSO ₄ en el electrolito.

Actuaciones ciclistas en 4 C. a Comparación del rendimiento cíclico de los electrodos NMO y NMO / CNT y la eficiencia culómbica del electrodo NMO / CNT. b Rendimiento cíclico y eficiencia culómbica del electrodo NMO / CNT con 1 M Na ₂ SO ₄ electrólito. c Comparación del rendimiento cíclico de los electrodos NMO / CNT mediante el método de secado por pulverización y el método de molienda de bolas, respectivamente

Para ilustrar un efecto positivo de la morfología del compuesto NMO / CNT sobre sus prestaciones electroquímicas, se sintetizó el compuesto NMO / CNT no esférico mediante un método simple de molienda de bolas. Se mezclaron NMO y CNT con una relación en peso de 87:13 mediante molienda de bolas a 400 rpm durante 6 h para obtener este material compuesto de referencia. El comportamiento electroquímico de este material compuesto se muestra en la Fig. 5c junto con el del material compuesto esférico NMO / CNT mediante secado por pulverización. Se puede ver que el NMO / CNT no esférico exhibe capacidades de descarga notablemente más bajas en comparación con la contraparte esférica, el compuesto NMO / CNT por secado por atomización. En la Fig. 5c, se incluyeron los datos electroquímicos de CNT puro para evaluar su contribución a la capacidad de la celda. CNT ofrece una pequeña capacidad reversible de 6,5 mAh g ⁻¹ a 4 C y no contribuye notablemente a la capacidad total, y su función principal es aumentar la conductividad del compuesto y respaldar sus propiedades mecánicas.

Para demostrar el rendimiento de velocidad del compuesto NMO / CNT, las capacidades de velocidad se probaron en varias densidades de corriente de 1 a 4 C. La figura 6 muestra que el compuesto NMO / CNT ofrece una capacidad de descarga reversible de 96, 77, 66 y 58 mAh g ⁻¹ a la corriente de 1, 2, 3 y 4 C, respectivamente. Es importante destacar que, después de las mediciones de alta densidad de corriente, una vez que la densidad de corriente volvió a 1 C, la capacidad específica casi se revertió al mismo nivel. Como puede verse, las capacidades de descarga reversible del NMO a cada tasa de corriente fueron más bajas que las del NMO / CNT, pero el electrodo también recuperó casi por completo su capacidad reversible 50 mAh g ⁻¹ cuando la velocidad se moduló de nuevo a 1 C. Estos resultados no solo ilustran que el CNT del compuesto NMO / CNT tiene una capacidad reversible mejorada, sino que también indican que el material NMO tiene una alta tolerancia al abuso que puede exhibir un excelente rendimiento de velocidad. El excelente rendimiento de velocidad de los compuestos NMO y NMO / CNT puede deberse a la estructura microesférica que puede mejorar el transporte de masa del ion y el electrolito de Na.

Califique el rendimiento de los electrodos NMO y NMO / CNT de 1 a 4 C

Espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) de los electrodos NMO y NMO / CNT medidos con el rango de frecuencia de 10 ⁵ –0.01 Hz se muestran en la Fig. 7. El recuadro de la Fig. 7a es un modelo de circuito equivalente simple aplicado para ajustar el EIS. La R _S es la resistencia a los electrolitos de los componentes de la celda, R _CT está relacionado con el procedimiento de transferencia de carga en la interfaz electrodo-electrolito, Z _W es la impedancia de Warburg que se asocia con la difusión de iones de sodio en el electrodo, y el CPE se asocia con la capacitancia de doble capa [38]. Como se muestra en la Fig. 7a, la resistencia de transferencia de carga ( R _CT ) del electrodo NMO / CNT es 133 Ω, y el valor es significativamente menor que el de NMO (207 Ω), lo que demuestra que los CNT son beneficiosos para mejorar el rendimiento electroquímico del electrodo NMO / CNT. Además, la resistencia de NMO / CNT aumenta gradualmente con el progreso del ciclo como se muestra en la Fig. 7b, que está relacionada con la activación interna del electrodo, correspondiente a la imagen de rendimiento del ciclo (Fig. 5a). Los espectros EIS de los ciclos 50 y 100 son casi idénticos, lo que sugiere que las resistencias son relativamente estables a medida que avanza el ciclo.

(a) Espectros EIS de electrodos NMO y NMO / CNT en el ciclo fresco y el modelo de circuito equivalente de ajuste de parcela ( recuadro ). (b) Espectros EIS del electrodo NMO / CNT en la celda nueva, ciclos 10, 50 y 100

La Tabla 2 compara los datos de rendimiento informados para el Na _x MnO ₂ -catodos para baterías acuosas de iones de sodio. Se puede observar que el electrodo NMO / CNT preparado en este trabajo presenta un desempeño electroquímico superior a los reportados. A una alta velocidad de 4 C, el electrodo proporciona una capacidad de descarga mejorada de 53,2 mAh g ⁻¹ con el rango de potencial aplicado más pequeño (1–1,85 V). Estos resultados indican que el compuesto NMO / CNT es un cátodo prometedor para baterías acuosas de iones de sodio.

Conclusiones

En resumen, las partículas de NMO / CNT se han sintetizado con éxito mediante el método de secado por aspersión. Además, se ha desarrollado una batería acuosa de iones de sodio que utiliza Zn metálico y NMO / CNT como electrodos negativos y positivos, respectivamente. El electrodo NMO / CNT muestra una mayor capacidad de descarga de 96 mAh g ⁻¹ a una velocidad de 1 C y 53,2 mAh g ⁻¹ a una velocidad de 4 C incluso después de 150 ciclos completos en comparación con el electrodo NMO. El rendimiento electroquímico superior del compuesto NMO / CNT puede deberse a su estructura esférica que puede proporcionar un transporte rápido y la adición de CNT que puede mejorar la conductividad del compuesto. En general, el NMO / CNT es un material de cátodo prometedor para los ASIB seguros y eficientes.

Abreviaturas

ASIB:: Baterías acuosas de iones de sodio
CV:: Voltamperometría cíclica
EIS:: Espectroscopia de impedancia electroquímica
HR-TEM:: Microscopio electrónico de transmisión de alta resolución
LIB:: Baterías de iones de litio
NMO:: Na ₄ Mn ₉ O ₁₈
NMO / CNT:: Na ₄ Mn ₉ O ₁₈ / nanotubo de carbono
NMP:: N -metil-2-pirrolidona
PVDF:: Fluoruro de polivinilideno
SAED:: Difracción de electrones de área seleccionada
SEM:: Microscopía electrónica de barrido
TG:: Termogravimétrico
XRD:: Difracción de rayos X en polvo

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