Gracias al bajo costo de las materias primas y la larga vida útil que brinda su estructura estable, los cátodos de fosfato a base de hierro se consideran uno de los cátodos más prometedores para las baterías de iones de Na (NIB).

Entre varios cátodos de fosfato a base de hierro, la fase de maricita de NaFePO₄(NFP) generalmente se cree que es electroquímicamente inerte debido a la ausencia de Na efectivo⁺canales de difusión iónica, mientras que Na₂FeP₂oh₇muestra Na tridimensional abierto⁺canales pero baja capacidad teórica con inestabilidad del aire.

Por el contrario, Na₄fe₃(CORREOS₄)₂PAG₂oh₇(NFPP-4.0) permite una alta capacidad teórica de ~130 mA h g^-1y salida de nivel de 3,1 V, así como buena estabilidad del aire.Por lo tanto, NFPP-4.0 ha atraído gran atención en los últimos años por parte de investigadores y aquellos interesados ​​en su aplicación industrial.

Sin embargo, la capacidad reversible práctica de NFPP-4.0 está restringida a 110 a 120 mA h g^-1rango debido a defectos estructurales, que es muy inferior a su valor teórico.Como resultado, mejorar aún más la capacidad reversible ydensidad de energíade fosfatos a base de hierro ha sido un desafío.

En respuesta a este problema, un grupo de investigación dirigido por el Prof. Zhao Junmei del Instituto de Ingeniería de Procesos de la Academia de Ciencias de China informó recientemente sobre una estrategia efectiva para mejorar la capacidad reversible y la densidad de energía de los cátodos de fosfato a base de hierro mediante la activación dela fase inerte de PFN.Elestudiarfue publicado en elRevista de la Sociedad Química Estadounidenseel 28 de marzo.

Para aumentar su capacidad teórica y densidad energética, los investigadores propusieron la incorporación de la fase NFP de maricita en el huésped NFPP-4.0 para crear fosfatos a base de hierro con Fe más activo.²⁺contenidos basados ​​en la formación de estructura heterogénea.

El Na final optimizado_4.5fe_3.5(CORREOS₄)_2.5(PAG₂oh₇)cátodo(es decir, NFPP-4.5; la relación molar de NFP/NFPP-4.0 es 0,5:1) permite la activación completa del NFP inerte y ofrece una capacidad reversible de más de 130 mA h g^-1, aumentando así la densidad energética a 400 W h kg^-1, que se acerca a la densidad de energía más alta de los cátodos polianiónicos a base de hierro utilizados en los NIB.

La difracción de rayos X (XRD) reveló que NFPP-4.5 está compuesto por una estructura heterogénea de intercrecimiento bifásico basada en las fases NFP y NFPP-4.0, en la que los nanodominios de NFP se distribuyen en la matriz continua de NFPP-4.0, generando así compatiblese interfaces de filtración.Estas interfaces de dos fases pueden activar Na⁺transporte en los nanodominios de NFP, contribuyendo a su activación electroquímica en los cátodos compuestos.

La XRD in situ también confirmó que la NFP sufre una transición de amorfización en su primera carga y mantiene esta naturaleza amorfa en los ciclos siguientes, lo cual es clave para lograr la alta capacidad de NFPP-4.5 con la activación de la NFP inerte.

La aplicación práctica de NFPP-4.5 fue validada mediante la síntesis ampliada de productos a nivel de kg y celdas de bolsa, lo que reveló una capacidad de carga rápida deseable y un rendimiento de ciclismo superior.Cuando se cargaron a 5 C (es decir, cinco veces la capacidad de carga de la batería, lo que implica una corriente de carga relativamente alta), las capacidades reversibles de las celdas de la bolsa aún mantuvieron una retención del 80 % en comparación con 0,1 C (es decir, 0,1 veces la capacidad de carga de la batería).Las celdas de la bolsa demostraron una excelente retención de capacidad de más del 88 % después de realizar ciclos a 3 C (es decir, tres veces la capacidad de carga de la batería) 2000 veces, lo que demuestra enormes perspectivas de aplicación.

En definitiva, este trabajo proporciona orientación sobre el desarrollo de cátodos de polianiones de bajo coste y alto rendimiento que puedan utilizarse en NIB.