به گزارش خبرنگار علمی و فناوری خبرگزاری باراناخبر محققان روشی برای بهبود عملکرد کاتدهای سولفید سدیم (Na۲S) از طریق مکانیسم خود پالایشی پیشنهاد کردند. این رویکرد به چالش هایی مانند سینتیک ضعیف و اثر شاتل در سیستم های باتری Na-S می پردازد.
نتایج این مطالعه نشان می دهد که استفاده از یک ماتریس رسانا همراه با سولفید مس (Cu۲S) به عنوان کاتالیزور عملکرد الکتروشیمیایی Na۲S را افزایش می دهد و به توسعه باتری های Na-S کارآمدتر کمک می کند.
باتری های سدیم گوگرد به دلیل چگالی انرژی بالا و هزینه کم مورد توجه هستند اما استفاده از سولفید سدیم به عنوان یک ماده کاتدی چالش های مهمی را به همراه دارد. ذرات سولفید سدیم بزرگ و آگلومره شده در طول چرخه شارژ/دشارژ ایجاد می شوند که استفاده از مواد فعال و برگشت پذیری را کاهش می دهند. علاوه بر این اثر شاتل ناشی از انحلال و مهاجرت پلی سولفیدها در الکترولیت عملکرد باتری را بیشتر مختل می کند. در حالی که راهبردهایی مانند افزودنی های مواد رسانا و مواد نانوساختار مورد بررسی قرار گرفته اند اغلب در رسیدن به عملکرد مطلوب در دمای اتاق شکست می خورند.
این پروژه یک مکانیسم خود پالایشی را معرفی می کند که ذرات سولفید سدیم با اندازه میکرونی را در طول فرآیند تخلیه بار به نانوذرات کوچک تر تبدیل می کند. این تبدیل فعالیت الکتروشیمیایی را بهبود می بخشد و عملکرد کلی کاتد سولفید سدیم را افزایش می دهد.
آماده سازی کاتد سولفید سدیم شامل چندین مرحله کلیدی است. در این پروژه سولفید سدیم خالص از سولفید باریم از طریق واکنش های شیمیایی کنترل شده برای اطمینان از خلوص بالا سنتز شد. سپس سولفید سدیم با پلی وینیل پیرولیدون (PVP) و سولفید مس (Cu۲S) ترکیب شد تا یک ماده کاتدی کامپوزیتی ایجاد شود. یک ماتریس رسانا متشکل از کتجن بلک (Ketjen Black) و نانولوله های کربنی چند جداره (MWCNTs) مورد استفاده قرار گرفت. سپس این کامپوزیت برای دستیابی به توزیع یکنواخت مواد فعال تحت آسیاب توپی و خشک کردن در خلاء قرار گرفت.
عملکرد الکتروشیمیایی با استفاده از آزمایش های ولتامتری سیکلی و تخلیه بار-تخلیه گالوانوستاتیک ارزیابی شد. روش های تعیین مشخصات پیشرفته از جمله طیف سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس (XPS) و طیف سنجی جرمی یونی ثانویه زمان پرواز (TOF-SIMS) برای تجزیه و تحلیل خواص ساختاری و شیمیایی مواد کاتد استفاده شد.
این مطالعه بهبود قابل توجهی در عملکرد الکتروشیمیایی کاتد سولفید سدیم با استفاده از مکانیسم خود پالایش نشان داد. در طول شارژ اولیه ذرات سولفید سدیم با اندازه میکرونی به نانوذرات کوچکتر از ۲۰۰ نانومتر تبدیل شدند که به طور یکنواخت روی ماتریس رسانا توزیع شدند. این تبدیل فعالیت الکتروشیمیایی کاتد را با ایجاد یک سطح بزرگتر برای واکنش و کاهش فاصله انتشار برای یون های سدیم افزایش داد.
تست های عملکرد شارژ/دشارژ ظرفیت ویژه بالا و راندمان کولمبی عالی را در چرخه های شارژ-دشارژ چندگانه نشان دادند. مکانیسم خود پالایش استفاده از ماده فعال را افزایش داد و اثر شاتل را کاهش داد و در نتیجه عملکرد باتری در دمای اتاق عالی بود.
انتهای پیام/