تهیه نانو مکعب FeHCF با کیفیت بالا

تهیه نانو مکعب Fe4[Fe(CN)6]3 با کیفیت بالا: به عنوان ماده کاتدی برای باتری سدیم یون آبی

وانگ وو لیان. نانومکعب Fe4[Fe(CN)6]3 با کیفیت بالا: سنتز و عملکرد الکتروشیمیایی به عنوان ماده کاتدی برای باتری‌های سدیم یون آبی. Journal of Inorganic Materials[J], 2019, 34(12): 1301-1308 doi:10.15541/jim20190076

نانومکعب‌های Fe4[Fe(CN)6]3 (HQ-FeHCF) با کیفیت بالا با یک روش هیدروترمال ساده سنتز شدند. ساختار، مورفولوژی و محتوای آب آن مشخص می شود. Fe4[Fe(CN)6]3 شکل مکعبی منظم با اندازه یکنواخت حدودا را نشان می‌دهد. 500 نانومتر که متعلق به فاز مکعبی وجه محور است. Fe4[Fe(CN)6]3 ظرفیت تخلیه 124، 118، 105، 94، 83، 74 و 64 mAh·g -1 را در دمای 1C، 2C، 5C، 10C، 20C، 30C و 40C، به ترتیب، به ترتیب در 1C، 2C، 5C، 10C، 20C، 30C و 40C نشان می دهد. 2O-پلی اتیلن گلیکول. حفظ ظرفیت آن پس از 500 چرخه شارژ/دشارژ با نرخ 5 درجه سانتیگراد 100 درصد باقی می ماند. باتری کامل با Fe4[Fe(CN)6]3 به عنوان کاتد و NaTi2(PO4)3 به عنوان آند ساخته شد که چگالی انرژی ویژه 126 Wh·kg -1 (براساس مواد الکترود فعال) را با خروجی ولتاژ 1.9 ولت ارائه می‌دهد. علاوه بر این، 92 درصد ظرفیت تخلیه پس از شارژ اولیه، 01 درصد ظرفیت تخلیه پس از شارژ مجدد، 92 درصد است. 5 درجه سانتیگراد و بازده کولن آن نزدیک به 100 درصد است.

آماده سازی مواد الکترود

با استفاده از Na4Fe(CN)6 به عنوان یک منبع آهن واحد، نانومواد Fe4[Fe(CN)6]3(HQ-FeHCF) با کیفیت بالا با یک روش هیدروترمال ساده سنتز شدند. علاوه بر این، نانومواد Fe4[Fe(CN)6]3(LQ-FeHCF) با کیفیت پایین با روش‌های سنتی برای مقایسه سنتز شدند و ساختار، مورفولوژی و خواص الکتروشیمیایی HQ-FeHCF و LQ-FeHCF مورد مطالعه قرار گرفتند. در نهایت، با استفاده از HQ-FeHCF به عنوان الکترود مثبت، NaTi2(PO4)3 به عنوان الکترود منفی، و NaClO{18}}H2O-پلی اتیلن گلیکول (PEG) به عنوان الکترولیت، یک باتری پر از یون سدیم آبی مونتاژ شد.

آماده سازی HQ-FeHCF و LQ-FeHCF

در دمای اتاق، 4 گرم پلی وینیل پیرولیدون K-30 (PVP) و 0.126 گرم سدیم فروسیانید دکاهیدرات به 50 میلی لیتر اسید هیدروکلریک آبی در pH{5}}.8 اضافه شد، به مدت 1 ساعت هم زده شد و پس از حل شدن کامل محلول زرد شد. سپس محلول یکنواخت را به مدت 12 ساعت در فر 80 درجه قرار داد. محلول خنک شده تا دمای اتاق برای به دست آوردن رسوب سانتریفیوژ شد و با آب دیونیزه شسته شد. پس از 4 بار تکرار، نمونه HQ-FeHCF با خشک کردن در آون 80 درجه به مدت 8 ساعت به دست آمد.

2.7 گرم هگزا هیدرات کلرید آهن و 3.6 گرم فروسیانید سدیم دکاهیدرات را به ترتیب به 100 میلی لیتر آب دیونیزه اضافه کنید. در دمای 60 درجه هم بزنید تا دو محلول کاملا حل شوند. سپس محلول نمک هگزا هیدرات کلرید آهن به محلول نمک فروسیانید سدیم دکاهیدرات اضافه شد تا مقدار زیادی رسوب آبی تیره تولید شود. پس از انکوباسیون در دمای 60 درجه به مدت 1 ساعت، محلول برای به دست آوردن رسوب سانتریفیوژ شد و 4 بار با آب دیونیزه شسته شد و سپس در آون با دمای 80 درجه به مدت 8 ساعت خشک شد تا نمونه LQ-FeHCF بدست آید.

مواد الکترود تهیه شده بر اساس نسبت m (ماده فعال): m (استیلن سیاه): m (پلی وینیلیدین فلوراید (PVDF)){0}}:15:10 مخلوط شدند. مقدار مناسبی از N-methylpyrrolidone (NMP) را اضافه کرده و به مدت 8 ساعت هم بزنید و سپس دوغاب هم زده شده را روی یک توری دایره ای تیتانیوم به قطر حدود 1.3 سانتی متر پخش کنید. آن را در فر با دمای 80 درجه به مدت 12 ساعت خشک کنید و سپس با فشار 10 مگاپاسکال در یک ورقه نازک با فشار 10 مگاپاسکال فشار دهید تا یک الکترود کار کند. یک سیستم سه الکترودی با استفاده از سیم پلاتین به عنوان الکترود شمارنده و کلرید نقره به عنوان الکترود مرجع مونتاژ شد. پلت فرم شارژ-تخلیه، عملکرد نرخ و ثبات چرخه HQ-FeHCF مورد آزمایش قرار گرفت. یک ورق الکترود HQ-FeHCF با قطر 1.3 سانتی متر به عنوان الکترود مثبت (1.14 میلی گرم بارگذاری ماده فعال) استفاده شد. ورق الکترود NaTi2(PO4)3 به عنوان الکترود منفی استفاده شد (بارگذاری ماده فعال 2.73 میلی گرم بود). یک باتری کامل برای آزمایش عملکرد شارژ-دشارژ جریان ثابت تشکیل شد و محدوده ولتاژ شارژ-تخلیه جریان ثابت سیستم باتری 0-2 ولت بود. ظرفیت تخلیه الکترود و چگالی انرژی باتری فقط بر اساس جرم ماده فعال محاسبه می‌شود. الکترولیت از NaClO4 به اضافه H2O به علاوه سیستم پلی اتیلن گلیکول (PEG) استفاده می کند.

در مورد مواد باتری یون سدیم بیشتر بدانیدTOB NEW ENERGY.