Baterias de íons de sódio (NIBs, SIBs ou baterias de íons de Na) são vários tipos de baterias recarregáveis. Elas usam íons de sódio (Na+) como seus portadores de carga. Em alguns casos, seu princípio de funcionamento e construção celular são semelhantes aos de bateria de íons de lítio (LIB) tipos. Mas ele substitui o lítio por sódio como o íon intercalante. O sódio pertence ao mesmo grupo na tabela periódica que o lítio e, portanto, tem propriedades químicas semelhantes. Óxidos de metais de transição em camadas de sódio (NaxTMO2, TM = metal/s de transição), como óxidos de sódio em camadas à base de Mn, representam uma família importante de materiais de cátodo com potencial para reduzir custos. Eles podem aumentar a densidade de energia e a estabilidade do ciclo, e melhorar a segurança dos NIBs para armazenamento de energia em larga escala.
As estratégias de modificação de interface de materiais de eletrodo positivo de óxido de sódio em camadas incluem principalmente os seguintes métodos. Eles visam resolver o problema de instabilidade de interface e melhorar o desempenho da bateria:
1. Modificação do revestimento de superfície
Ele pode isolar efetivamente o contato direto entre o eletrodo positivo e o eletrólito. Também tem vantagens de reduzir reações laterais e melhorar a estabilidade da interface de materiais de cátodo de sódio de óxido em camadas. Depositar uma fina camada protetora na superfície do material do eletrodo positivo, como óxidos de metal, materiais de carbono ou compostos contendo lítio pode conseguir isso. Por exemplo, usar Al2O3, Li2O, etc. como camadas de revestimento pode evitar a dissolução de substâncias ativas e perda de oxigênio.
2. Modificação de dopagem de elementos
Ao dopar elementos específicos em óxidos em camadas, a estrutura eletrônica e as propriedades eletroquímicas do material podem ser alteradas, melhorando sua estabilidade estrutural. A dopagem pode suprimir a transição de fase, aumentar a capacidade de difusão de Na+ e reduzir a perda de oxigênio. Por exemplo, a dopagem de metais de transição como Ni, Mn, Co pode otimizar o desempenho eletroquímico de materiais de eletrodo. Modificação do eletrólito: Ao ajustar a composição do eletrólito e usar aditivos como flúor e borato, um filme de interface de eletrólito sólido (SEI) mais estável pode ser formado, reduzindo a reação entre o eletrólito e o material do eletrodo positivo, diminuindo a impedância da interface e melhorando a estabilidade do ciclo.
3. Regulação estrutural
Ao ajustar a microestrutura do material, como controlar o tamanho das partículas, a morfologia e a porosidade, a molhabilidade do eletrólito pode ser melhorada, promovendo o transporte rápido de Na+, ao mesmo tempo que reduz a concentração de estresse e previne o colapso estrutural durante o ciclo.
4. Substituição de elementos químicos
A janela potencial do material pode ser ajustada por substituição precisa de elementos químicos. Como introduzir alumínio, magnésio e outros elementos em óxidos em camadas. Isso pode reduzir a dissolução de metais de transição e aumentar a estabilidade do ar e a estabilidade do ciclo do material.
5. Design de material composto
A combinação de óxidos em camadas com outros materiais (como materiais de carbono condutores) pode melhorar a condutividade eletrônica do material, reduzir a resistência interna e utilizar o efeito sinérgico dos materiais compostos para melhorar as propriedades da interface.
6. Otimização da química da interface
Ao controlar com precisão as condições de síntese, como temperatura, atmosfera e tempo de reação, a química da superfície dos materiais de eletrodo positivo pode ser otimizada em escala atômica, reduzindo a formação de bases residuais na superfície e melhorando a estabilidade do ar e o ciclo de vida dos materiais.
A aplicação abrangente dessas estratégias pode resolver sistematicamente o problema de interface de materiais de cátodo de óxido em camadas em baterias de íons de sódio. Pode melhorar o desempenho geral da bateria e promover o processo prático da tecnologia de bateria de íons de sódio.
