การเตรียม Fe4[Fe(CN)6]3 Nanocubes คุณภาพสูง: เป็นวัสดุแคโทดสำหรับแบตเตอรี่โซเดียม-ไอออนในน้ำ
หวัง หวู่เหลียน Fe4[Fe(CN)6]3 Nanocubes คุณภาพสูง: การสังเคราะห์และประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าเป็นวัสดุแคโทดสำหรับแบตเตอรี่โซเดียม-ไอออนในน้ำ Journal of Inorganic Materials[J], 2019, 34(12): 1301-1308 doi:10.15541/jim20190076
นาโนคิวบ์ Fe4[Fe(CN)6]3 (HQ-FeHCF) คุณภาพสูงถูกสังเคราะห์โดยวิธีไฮโดรเทอร์มอลอย่างง่าย โครงสร้าง สัณฐานวิทยา และปริมาณน้ำมีลักษณะเฉพาะ Fe4[Fe(CN)6]3 แสดงรูปทรงลูกบาศก์ปกติที่มีขนาดสม่ำเสมอของ ca. 500 นาโนเมตร ซึ่งอยู่ในเฟสลูกบาศก์ที่มีใบหน้าอยู่ตรงกลาง Fe4[Fe(CN)6]3 แสดงความสามารถในการคายประจุ 124, 118, 105, 94, 83, 74 และ 64 mAh·g -1 ที่อัตรา 1C, 2C, 5C, 10C, 20C, 30C และ 40C ตามลำดับ ในอิเล็กโทรไลต์ไตรภาคที่เป็นน้ำของ NaClO4-H2O-โพลิเอทิลีน ไกลคอล การรักษาความจุยังคงอยู่ 100 เปอร์เซ็นต์หลังจาก 500 รอบการชาร์จ/การคายประจุที่อัตรา 5C แบตเตอรี่เต็มที่มี Fe4[Fe(CN)6]3 เป็นแคโทดและ NaTi2(PO4)3 เป็นแอโนดถูกสร้างขึ้น ซึ่งให้ความหนาแน่นของพลังงานเฉพาะที่ 126 Wh·kg -1 (ขึ้นอยู่กับวัสดุอิเล็กโทรดที่ใช้งานอยู่) โดยมีเอาต์พุตแรงดันไฟฟ้า 1.9 V นอกจากนี้ 92 เปอร์เซ็นต์ของความสามารถในการคายประจุเริ่มต้นจะคงอยู่หลังจากรอบการชาร์จ/คายประจุ 140 รอบที่อัตรา 5C และประสิทธิภาพของคูลอมบ์ใกล้ถึง 100 เปอร์เซ็นต์ .
การเตรียมวัสดุอิเล็กโทรด
การใช้ Na4Fe(CN)6 เป็นแหล่งธาตุเหล็กแหล่งเดียว วัสดุนาโน Fe4[Fe(CN)6]3(HQ-FeHCF) คุณภาพสูงถูกสังเคราะห์โดยวิธีไฮโดรเทอร์มอลอย่างง่าย นอกจากนี้ยังสังเคราะห์วัสดุนาโน Fe4[Fe(CN)6]3(LQ-FeHCF) คุณภาพต่ำโดยวิธีแบบดั้งเดิมสำหรับการเปรียบเทียบ และศึกษาโครงสร้าง สัณฐานวิทยา และคุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้าของ HQ-FeHCF และ LQ-FeHCF ในที่สุด การใช้ HQ-FeHCF เป็นขั้วไฟฟ้าบวก NaTi2(PO4)3 เป็นขั้วไฟฟ้าลบ และ NaClO4-H2O-โพลิเอทิลีนไกลคอล (PEG) เป็นอิเล็กโทรไลต์ ทำให้ได้แบตเตอรี่โซเดียม-ไอออนที่มีน้ำเต็ม
การเตรียม HQ-FeHCF และ LQ-FeHCF
ที่อุณหภูมิห้อง เติมพอลิไวนิลไพโรลิโดน K-30 (PVP) 4 กรัมและโซเดียมเฟอร์โรไซยาไนด์เดคาไฮเดรต 0.126 กรัมลงในกรดไฮโดรคลอริกในน้ำ 50 มล. ที่ pH=0.8 คนให้เข้ากันเป็นเวลา 1 ชั่วโมง และสารละลายจะเปลี่ยนเป็นสีเหลืองเมื่อละลายจนหมด จากนั้นนำสารละลายที่กวนเป็นเนื้อเดียวกันใส่ในเตาอบที่อุณหภูมิ 80 องศา เป็นเวลา 12 ชั่วโมง สารละลายที่เย็นลงถึงอุณหภูมิห้องถูกปั่นแยกเพื่อให้ได้ตะกอนและล้างด้วยน้ำปราศจากไอออน หลังจากทำซ้ำ 4 ครั้ง จะได้ตัวอย่าง HQ-FeHCF โดยการทำให้แห้งในเตาอบที่อุณหภูมิ 80 องศา เป็นเวลา 8 ชั่วโมง
เติมเฟอริกคลอไรด์เฮกซาไฮเดรต 2.7 กรัมและโซเดียมเฟอร์โรไซยาไนด์เดคาไฮเดรต 3.6 กรัมลงในน้ำปราศจากไอออน 100 มล. ตามลำดับ คนที่อุณหภูมิ 60 องศาจนสารละลายทั้งสองละลายหมด จากนั้นสารละลายเกลือเฟอริกคลอไรด์เฮกซาไฮเดรตถูกเติมลงในสารละลายเกลือโซเดียมเฟอร์โรไซยาไนด์เดคาไฮเดรตเพื่อสร้างตะกอนสีน้ำเงินเข้มจำนวนมาก หลังจากการบ่มที่อุณหภูมิ 60 องศาเป็นเวลา 1 ชั่วโมง สารละลายถูกปั่นแยกเพื่อให้ได้ตะกอน ซึ่งถูกล้างด้วยน้ำปราศจากไอออนสี่ครั้ง จากนั้นทำให้แห้งในเตาอบที่อุณหภูมิ 80 องศาเป็นเวลา 8 ชั่วโมงเพื่อให้ได้ตัวอย่าง LQ-FeHCF
วัสดุอิเล็กโทรดที่เตรียมไว้ถูกผสมตามอัตราส่วนของ m (วัสดุออกฤทธิ์): m (อะเซทิลีนสีดำ): m (โพลีไวนิลิดีนฟลูออไรด์ (PVDF)){{0}}:15:10 เติม N-methylpyrrolidone (NMP) ในปริมาณที่เหมาะสมแล้วคนเป็นเวลา 8 ชั่วโมง จากนั้นเกลี่ยสารละลายที่กวนอย่างสม่ำเสมอบนตะแกรงไทเทเนียมทรงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1.3 ซม. อบให้แห้งในเตาอบที่อุณหภูมิ 80 องศาเป็นเวลา 12 ชั่วโมง จากนั้นกดให้เป็นแผ่นบางโดยใช้เครื่องกดแท็บเล็ตภายใต้แรงกด 10 MPa เพื่อสร้างอิเล็กโทรดที่ใช้งานได้ ระบบสามอิเล็กโทรดถูกประกอบขึ้นโดยใช้ลวดแพลทินัมเป็นอิเล็กโทรดเคาน์เตอร์และซิลเวอร์คลอไรด์เป็นอิเล็กโทรดอ้างอิง แพลตฟอร์มการปล่อยประจุ ประสิทธิภาพอัตรา และความเสถียรของวงจรของ HQ-FeHCF ได้รับการทดสอบ ใช้แผ่นอิเล็กโทรด HQ-FeHCF ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.3 ซม. เป็นอิเล็กโทรดบวก (การโหลดวัสดุที่ใช้งาน 1.14 มก.) ใช้แผ่นอิเล็กโทรด NaTi2(PO4)3 เป็นอิเล็กโทรดลบ (การโหลดวัสดุที่ใช้งานคือ 2.73 มก.) แบตเตอรี่เต็มถูกสร้างขึ้นสำหรับการทดสอบประสิทธิภาพการคายประจุไฟฟ้ากระแสคงที่ และช่วงแรงดันการคายประจุไฟฟ้ากระแสคงที่ของระบบแบตเตอรี่คือ 0–2 V ความสามารถในการคายประจุของอิเล็กโทรดและความหนาแน่นของพลังงานแบตเตอรี่จะคำนวณตามมวลของวัสดุที่ใช้งานเท่านั้น อิเล็กโทรไลต์ใช้ระบบ NaClO4 บวก H2O บวกโพลีเอทิลีนไกลคอล (PEG)
เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวัสดุแบตเตอรี่โซเดียมไอออนได้จากทูบี พลังงานใหม่.
