Preparat Nanokubus FeHCF berkualitas tinggi

Preparat Fe4[Fe(CN)6]3 Nanokubus Berkualitas Tinggi: Sebagai Bahan Katoda untuk Baterai Natrium-ion Berair

WANG Wu-Lian. Fe4[Fe(CN)6]3 Nanokubus Berkualitas Tinggi: Sintesis dan Kinerja Elektrokimia sebagai Bahan Katoda untuk Baterai Natrium-ion Berair. Jurnal Bahan Anorganik[J], 2019, 34(12): 1301-1308 doi:10.15541/jim20190076

Kubus nano Fe4[Fe(CN)6]3 (HQ-FeHCF) berkualitas tinggi disintesis dengan metode hidrotermal sederhana. Struktur, morfologi, dan kandungan airnya dikarakterisasi. Fe4[Fe(CN)6]3 berbentuk kubik biasa dengan ukuran seragam ca. 500 nm, yang termasuk fase kubik berpusat pada wajah. Fe4[Fe(CN)6]3 menunjukkan kapasitas pelepasan 124, 118, 105, 94, 83, 74 dan 64 mAh·g -1 masing-masing pada laju 1C, 2C, 5C, 10C, 20C, 30C, dan 40C, dalam larutan elektrolit terner NaClO4-H2O-Polyethylene glycol. Retensi kapasitasnya tetap 100 persen setelah 500 siklus pengisian/pengosongan pada tingkat 5C. Baterai penuh dengan Fe4 [Fe (CN) 6] 3 sebagai katoda dan NATI2 (PO4) 3 sebagai anoda dibuat, yang memberikan kepadatan energi spesifik 126 wh · kg -1 (berdasarkan pada kapasitas elektroda) dengan output tegangan 1,9 v. persen.

Persiapan bahan elektroda

Menggunakan Na4Fe(CN)6 sebagai sumber besi tunggal, material nano Fe4[Fe(CN)6]3(HQ-FeHCF) berkualitas tinggi disintesis dengan metode hidrotermal sederhana. Selain itu, material nano Fe4[Fe(CN)6]3(LQ-FeHCF) berkualitas rendah disintesis dengan metode tradisional untuk perbandingan, dan struktur, morfologi, dan sifat elektrokimia dari HQ-FeHCF dan LQ-FeHCF dipelajari. Terakhir, dengan menggunakan HQ-FeHCF sebagai elektroda positif, NaTi2(PO4)3 sebagai elektroda negatif, dan NaClO4-H2O-polietilen glikol (PEG) sebagai elektrolit, baterai penuh ion natrium encer dirakit.

Persiapan HQ-FeHCF dan LQ-FeHCF

Pada suhu kamar, 4 g polivinilpirolidon K-30 (PVP) dan 0.126 g natrium ferosianida dekahidrat ditambahkan ke 50 mL asam hidroklorat encer pada pH=0.8, diaduk selama 1 jam, dan larutan berubah menjadi kuning ketika benar-benar larut. Kemudian, larutan yang diaduk secara merata ditempatkan dalam oven pada suhu 80 derajat selama 12 jam. Larutan didinginkan sampai suhu kamar disentrifugasi untuk mendapatkan endapan dan dicuci dengan air deionisasi. Setelah diulang sebanyak 4 kali, sampel HQ-FeHCF diperoleh dengan cara dikeringkan dalam oven pada suhu 80 derajat selama 8 jam.

Tambahkan masing-masing 2,7 g ferri klorida heksahidrat dan 3,6 g natrium ferosianida dekahidrat ke dalam 100 mL air deionisasi. Aduk pada 60 derajat sampai kedua larutan benar-benar larut. Kemudian larutan garam besi klorida heksahidrat ditambahkan ke larutan garam natrium ferosianida dekahidrat untuk menghasilkan endapan biru gelap dalam jumlah besar. Setelah inkubasi pada 60 derajat selama 1 jam, larutan disentrifugasi untuk mendapatkan endapan, yang dicuci dengan air deionisasi empat kali, kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 80 derajat selama 8 jam untuk mendapatkan sampel LQ-FeHCF.

Bahan elektroda yang disiapkan dicampur sesuai dengan rasio m (bahan aktif): m (acetylene black): m (polyvinylidene fluoride (PVDF)){{0}}:15:10. Tambahkan N-methylpyrrolidone (NMP) dalam jumlah yang sesuai dan aduk selama 8 jam, lalu sebarkan bubur yang diaduk secara merata pada jaring titanium bundar dengan diameter sekitar 1,3 cm. Keringkan dalam oven pada suhu 80 derajat selama 12 jam, lalu tekan menjadi lembaran tipis dengan tablet press di bawah tekanan 10 MPa untuk membuat elektroda kerja. Sistem tiga elektroda dirakit menggunakan kawat platinum sebagai elektroda lawan dan perak klorida sebagai elektroda referensi. Platform pengisian daya, kinerja laju, dan stabilitas siklus HQ-FeHCF diuji. Lembaran elektroda HQ-FeHCF dengan diameter 1,3 cm digunakan sebagai elektroda positif (pemuatan bahan aktif 1,14 mg). Lembar elektroda NaTi2(PO4)3 digunakan sebagai elektroda negatif (muatan bahan aktif adalah 2,73 mg). Baterai penuh dibentuk untuk pengujian kinerja pengisian-pengosongan arus konstan, dan rentang tegangan pengosongan-pengisian arus konstan dari sistem baterai adalah 0–2 V. Kapasitas pelepasan elektroda dan kerapatan energi baterai hanya dihitung berdasarkan massa bahan aktif. Elektrolit menggunakan sistem NaClO4 plus H2O plus Polyethylene glycol (PEG).

Pelajari lebih lanjut tentang bahan baterai ion natrium dariENERGI BARU TOB.