Les batteries sodium-ion (NIB, SIB ou batteries Na-ion) sont plusieurs types de batteries rechargeables. Elles utilisent des ions sodium (Na+) comme porteurs de charge. Dans certains cas, cas, son principe de fonctionnement et la construction de ses cellules sont similaires à ceux de batterie lithium-ion (LIB). Mais il remplace le lithium par le sodium comme ion intercalant. Le sodium appartient au même groupe du tableau périodique que le lithium et possède donc des propriétés chimiques similaires. Les oxydes de métaux de transition lamellaire de sodium (NaxTMO2, TM = métal de transition/s), tels que les oxydes de sodium lamellaire à base de manganèse, représentent une famille importante de matériaux cathodiques avec le potentiel de réduire les coûts. Ils peuvent augmenter la densité énergétique et la stabilité du cyclage, et améliorer la sécurité des NIB pour le stockage d'énergie à grande échelle.
Les stratégies de modification d'interface des matériaux d'électrode positive à base d'oxyde de sodium en couches comprennent principalement les méthodes suivantes. Elles visent à résoudre le problème de l'instabilité de l'interface et à améliorer les performances de la batterie :
1. Modification du revêtement de surface
Il peut isoler efficacement le contact direct entre l'électrode positive et l'électrolyte. Il présente également l'avantage de réduire les réactions secondaires et d'améliorer la stabilité de l'interface des matériaux cathodiques à base d'oxyde de sodium en couches. Le dépôt d'une fine couche protectrice sur la surface du matériau de l'électrode positive, tel que des oxydes métalliques, des matériaux carbonés ou des composés contenant du lithium, peut y parvenir. Par exemple, l'utilisation d'Al2O3, Li2O, etc. comme couches de revêtement peut empêcher la dissolution des substances actives et la perte d'oxygène.
2. Modification du dopage des éléments
Français En dopant des éléments spécifiques dans des oxydes stratifiés, la structure électronique et les propriétés électrochimiques du matériau peuvent être modifiées, améliorant ainsi sa stabilité structurelle. Le dopage peut supprimer la transition de phase, améliorer la capacité de diffusion de Na+ et réduire la perte d'oxygène. Par exemple, le dopage de métaux de transition tels que Ni, Mn, Co peut optimiser les performances électrochimiques des matériaux d'électrode. Modification de l'électrolyte : en ajustant la composition de l'électrolyte et en utilisant des additifs tels que le fluorure et le borate, un film d'interface d'électrolyte solide (SEI) plus stable peut être formé, réduisant la réaction entre l'électrolyte et le matériau d'électrode positive, abaissant l'impédance de l'interface et améliorant la stabilité du cyclage.
3. Régulation structurelle
En ajustant la microstructure du matériau, comme le contrôle de la taille des particules, de la morphologie et de la porosité, la mouillabilité de l'électrolyte peut être améliorée, favorisant le transport rapide de Na+, tout en réduisant la concentration de contraintes et en empêchant l'effondrement structurel pendant le cyclage.
4. Substitution d'éléments chimiques
La fenêtre de potentiel du matériau peut être ajustée par une substitution précise d'éléments chimiques. Par exemple, l'introduction d'aluminium, de magnésium et d'autres éléments dans des oxydes stratifiés peut réduire la dissolution des métaux de transition et améliorer la stabilité de l'air et la stabilité du cycle du matériau.
5. Conception de matériaux composites
La combinaison d’oxydes stratifiés avec d’autres matériaux (tels que des matériaux en carbone conducteurs) peut améliorer la conductivité électronique du matériau, réduire la résistance interne et utiliser l’effet synergique des matériaux composites pour améliorer les propriétés d’interface.
6. Optimisation de la chimie des interfaces
En contrôlant précisément les conditions de synthèse telles que la température, l'atmosphère et le temps de réaction, la chimie de surface des matériaux d'électrode positive peut être optimisée à l'échelle atomique, réduisant ainsi la formation de bases résiduelles de surface et améliorant la stabilité de l'air et la durée de vie des matériaux.
L'application complète de ces stratégies peut résoudre systématiquement le problème d'interface des matériaux cathodiques à oxydes stratifiés dans les batteries sodium-ion. Elle peut améliorer les performances globales de la batterie et promouvoir le processus pratique de la technologie des batteries sodium-ion.
