Las baterías de iones de sodio (NIB, SIB o baterías de iones de sodio) son varios tipos de baterías recargables. Utilizan iones de sodio (Na+) como portadores de carga. En algunas casos, su principio de funcionamiento y construcción celular son similares a los de batería de iones de litio (LIB) tipos. Pero reemplaza al litio por sodio como ion intercalante. El sodio pertenece al mismo grupo en la tabla periódica que el litio y, por lo tanto, tiene propiedades químicas similares. Los óxidos de metales de transición en capas de sodio (NaxTMO2, TM = metal/es de transición), como los óxidos en capas de sodio basados en Mn, representan una familia importante de materiales de cátodo con el potencial de reducir los costos. Pueden aumentar la densidad de energía y la estabilidad cíclica, y mejorar la seguridad de los NIB para el almacenamiento de energía a gran escala.
Las estrategias de modificación de la interfaz de los materiales de electrodos positivos de óxido de sodio en capas incluyen principalmente los siguientes métodos. Su objetivo es resolver el problema de la inestabilidad de la interfaz y mejorar el rendimiento de la batería:
1. Modificación del revestimiento de la superficie
Puede aislar eficazmente el contacto directo entre el electrodo positivo y el electrolito. También tiene ventajas de reducir las reacciones secundarias y mejorar la estabilidad de la interfaz de los materiales de cátodo de sodio de óxido en capas. Depositar una fina capa protectora sobre la superficie del material del electrodo positivo, como óxidos metálicos, materiales de carbono o compuestos que contienen litio, puede lograr esto. Por ejemplo, el uso de Al2O3, Li2O, etc. como capas de recubrimiento puede evitar la disolución de sustancias activas y la pérdida de oxígeno.
2. Modificación del dopaje de elementos
Al dopar elementos específicos en óxidos en capas, se puede cambiar la estructura electrónica y las propiedades electroquímicas del material, mejorando su estabilidad estructural. El dopaje puede suprimir la transición de fase, mejorar la capacidad de difusión de Na+ y reducir la pérdida de oxígeno. Por ejemplo, dopar metales de transición como Ni, Mn, Co puede optimizar el rendimiento electroquímico de los materiales de los electrodos. Modificación del electrolito: Al ajustar la composición del electrolito y usar aditivos como fluoruro y borato, se puede formar una película de interfaz de electrolito sólido (SEI) más estable, reduciendo la reacción entre el electrolito y el material del electrodo positivo, bajando la impedancia de la interfaz y mejorando la estabilidad del ciclo.
3. Regulación estructural
Al ajustar la microestructura del material, como controlar el tamaño de partícula, la morfología y la porosidad, se puede mejorar la mojabilidad del electrolito, promoviendo el transporte rápido de Na+, al tiempo que se reduce la concentración de tensión y se previene el colapso estructural durante el ciclo.
4. Sustitución de elementos químicos
La ventana de potencial del material se puede ajustar mediante la sustitución precisa de elementos químicos, como la introducción de aluminio, magnesio y otros elementos en óxidos estratificados. Esto puede reducir la disolución de metales de transición y mejorar la estabilidad del material frente al aire y a los ciclos.
5. Diseño de materiales compuestos
La combinación de óxidos en capas con otros materiales (como materiales de carbono conductores) puede mejorar la conductividad electrónica del material, reducir la resistencia interna y utilizar el efecto sinérgico de los materiales compuestos para mejorar las propiedades de la interfaz.
6. Optimización de la química de la interfaz
Al controlar con precisión las condiciones de síntesis, como la temperatura, la atmósfera y el tiempo de reacción, la química de la superficie de los materiales de los electrodos positivos se puede optimizar a escala atómica, reduciendo la formación de bases residuales en la superficie y mejorando la estabilidad del aire y el ciclo de vida de los materiales.
La aplicación integral de estas estrategias puede resolver sistemáticamente el problema de la interfaz de los materiales de cátodo de óxido en capas en las baterías de iones de sodio. Puede mejorar el rendimiento general de la batería y promover el proceso práctico de la tecnología de baterías de iones de sodio.
