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溶胶-凝胶法合成NaNiO₂纳米棒作为高性能电池型储能电极
动力问题已成为21世纪全球关注的首要议题，这源于快速工业化和技术进步导致的动力消耗激增及温室气体排放加剧[1]。为减轻环境影响，向生物燃料、风能、太阳能、潮汐能和水电转型至关重要。但是，这些动力的间歇性特征限制了其可靠性。电化学储能系统作为提高电网稳定性和动力功率的潜在处理计划应运而生[2]。其中，锂离子电池（LIBs）因其高电压、长循环寿命和常温作业特性，已在便携式电子设备和混合动力汽车范畴占有主导地位[3]。但锂资源稀缺性和高昂本钱制约了锂基电池的大规模使用。为处理这一问题，钠离子电池（SIBs）作为一种低本钱代替计划崭露头角。其经济性和优异功能使其成为未来储能使用的有力候选者[4]。在印度等锂资源稀缺且首要依赖进口的国家，钠离子电池（SIBs）展示出了极具远景的代替优势。
近期，钠基高功能电极资料研讨取得了明显发展。多种化合物（如NaxCoO2）已被探究用于固态钠电池，其物相随组成条件变化出现多样性[5]。钒氧化物（如单通道结构的β-NaxV2）及层状结构资料（如Na5）作为正极资料的钠离子嵌入行为也获得了广泛研讨[6]。配对rath等[7]经过试验探究了NaCoO1+x作为阴极资料使用于NaOH电解液中，配对NaTi开发的设备3(PO8该电极可提供89 mAh的容量2在另一项研讨中，Boddu等人[8]组成了NaCoO2作为钠离子电池的正极资料，其容量为79 mAh g4)3且循环100次后库伦功率达99%。Watanabe等人[9]研讨了α-和β-NaFeO 作为钠离子电池电极资料，β相展示出优异的循环稳定性，并坚持590 mA g-1的比容量。−1经过100次循环后。Ikhe等人[10]制备了NaCrO22用于钠离子电池，并研讨了铝掺杂与铬−1包覆的影响。成果标明，经轻微铝掺杂及铬2包覆处理的NaCrO2在1000次循环后仍坚持容量无衰减。这些研讨标明，钠基过渡金属氧化物在钠离子电池电极资料范畴具有良好使用远景。−1 after 100 cycles. Ikhe et al. [10] prepared NaCrO2 for SIB and investigated the effect of Al doping and Cr2O3 coating. The results revealed that NaCrO2 with slight Al doping and Cr2O3 coating showed no reduction in capacity even after 1000 cycles. These studies show that there is a good scope of Na-based transition metal oxides for Na-ion battery electrodes.
镍（Ni）及其氧化物和氢氧化物在储能使用范畴已被广泛研讨[11]。由于镍具有强电化学反响活性，可支撑更高的比容量和能量输出，因此在电池电极使用中备受注重[12]。镍基资料（包含其氧化物和层状结构）能够发生多重氧化态改变，这一特性使得电池循环过程中能够完成高效的氧化复原反响。此外，Ni能一起提高电极资料的热稳定性和结构完整性，从而增强电池在不同工况下的整体安全性和使用寿命。钠基镍氧化物（如NaNiO2,作为一种电极资料已被前人研讨。Vassilaras等人[13]经过固相反响制备了单斜晶系NaNiO2并调查了其在1 M NaPF6电解液中的功能。该电极在Na−1中别离体现出199 mAh g−1和147 mAh gx的电容功能（x=0.85与0.62时）。2别离。在另一项研讨[14]中，研讨人员开发了一种选用NaNiO电极和1 M NaPF电解质的币形电池。2电极与1 M NaPF6电解质构成的系统。有研讨标明，经过掺杂Ti元素并置换Ni离子可改善NaNiO2资料的循环功能，在50次循环后仍坚持64%的容量。Kim等人[15]报导了单斜晶系NaNiO的组成办法。2经过淬火工艺制备了该资料，并验证了其作为钠离子电池电极资料的使用潜力。研讨标明，该资料在1.5-3.7V电位窗口内具有电化学活性，证实了其在储能范畴的适用性。Xiao等人[16]系统研讨了NaNiO2电极在2.0-4.2V更宽电位范围内不同电解液系统中的功能体现。该电极在LHCE电解液中展示出136.9 mAh g−1的明显比容量，而在EC/PC基电解液中于12 mA g电流密度下仍坚持108.9 mAh g−1的比容量−1研讨标明电化学功能与电解液成分存在明显依存关系。此外，Maurya等人[17]选用第一性原理计算分析办法，探究了钨(W)元素代替NaNiO6+中镍位点的影响。其成果显现W掺杂能明显提高基体资料的电子电导率，这种改善预计将对其电化学活性和电荷存储功能产生积极影响。近期文献普遍标明，掺杂型NaNiO2资料（如NaMn %%2[18]，NaNi0.5锰0.5铁2[19], 钠镍2/3钛1/6[20], 钠镍1/6Co2铝0.9[21]等研讨成果凸显了开发新策略以进一步提高NaNiO电极储能容量与电化学功能的必要性。0.1O2 [20], NaNi0.815Co0.15Al0.035O2 [21], etc. These findings underscore the necessity of developing strategies to further enhance the energy storage capacity and electrochemical performance of NaNiO2 electrodes.
本研讨经过溶胶-凝胶法组成了NaNiO2纳米颗粒作为钠离子电池负极资料。选用简略且经济高效的组成路线制备该资料，并在6 M NaOH电解液中评估其功能。值得注意的是，所得功能与文献报导的各种掺杂NaNiO2资料适当，凸显了所选用组成办法的高效性。此外，为验证其实践使用性，成功制备了原型纽扣电池器件，该器件可稳定输出作业电位。