Научный коллектив из лабораторий нейтронной физики и ядерных реакций ОИЯИ, Центра совместных исследований альтернативных источников энергии «CIC energiGUNE» (Испания) и Научно-практического центра НАН Беларуси по материаловедению провел исследование процессов заряда-разряда в электродах из аналога пигмента берлинской лазури Prussian white (PW) с разной степенью дегидратации. Результаты работы указали путь к улучшению характеристик материала для натрий-ионных аккумуляторов на основе PW.

Prussian white является перспективным катодным материалом для натрий-ионных аккумуляторов: соединение PW характеризуется высокой удельной емкостью, простотой синтеза и низкой стоимостью. Однако наличие в материале PW структурной и абсорбированной воды существенно влияет на его электрохимические свойства.

Полученные методом сканирующей электронной микроскопии изображения PW-электрода, предварительно нагретого при температуре 140 °C, (a) в исходном состоянии и (b) после 350 циклов заряда-разряда

В данной работе методами in situ/operando дифракции рентгеновских лучей и нейтронов, а также комплексных методов термогравиметрического анализа и инфракрасной Фурье-спектроскопии исследованы процесс дегидратации коммерческого порошка PW и влияние предварительного отжига электродов PW на их электрохимические свойства и структурные фазовые переходы в процессах заряда-разряда. Продемонстрировано, что в условиях вакуумного отжига дегидратация PW происходит преимущественно в диапазоне температур 100 – 150 °C. При температурах выше 180 °C начинается разложение PW. Предварительный отжиг электрода при 180 °C способствует образованию большей доли дегидратированной ромбоэдрической фазы, что обуславливает более высокую емкость материала по сравнению с электродами без предварительного отжига и предварительно отожженными при 140 °C.

Было показано, что содержание углеродной добавки в катодной композиции является важным фактором для стабильного электрохимического циклирования электрода. При содержании углерода в катодной смеси 15 масc.% достигнутые значения емкости при скоростях циклирования 5 C и 10 C составляют соответственно ~100 мАч/г и 83 мАч/г. Также в работе обсуждаются структурные аспекты деградации электродов PW во время циклирования.

Статья об исследовании опубликована в «Journal of Alloys and Compounds». Авторы исследования: Наталия Самойлова, Иван Бобриков, Игорь Рязанов, Сергей Сумников, Роман Васин, Екатерина Корнеева, Ольга Пономарева, Владимир Новиков.