BN-O3A O3-Typ Natriumionenbatterie Positivelektrodenmaterial

Sodium Nickel Eisen Mangan Oxid BN-O3A O3 Typ Natrium-Ionen-Batterie Positives Elektrodenmaterial

Überblick​​

​​O3-Typ NaNiFeMnO₂ (BN-O3A)​​ ist ein geschichtetes Übergangsmetalloxid-Kathodenmaterial für Natrium-Ionen-Batterien mit der allgemeinen Formel NaNiₓFeᵧMn₁₋ₓ₋ᵧO₂. Es zeichnet sich durch seine hohe theoretische Kapazität (~140 mAh/g bei 0,1C), Wirtschaftlichkeit (reichlich vorhandene Fe/Mn-Ressourcen) und strukturelle Stabilität aus. Das "O3" bezeichnet eine trigonale prismatische Koordination von Na⁺-Ionen, die einen hohen Na⁺-Gehalt ermöglicht, aber unter irreversiblen Phasenübergängen während des Zyklen leidet.

Hauptmerkmale​​

1. ​​Zusammensetzung & Struktur​​:

   • Typische Stöchiometrie umfasst NaNi₁/₃Fe₁/₃Mn₁/₃O₂ (111-Typ) oder Varianten wie NaNi₀.₄Fe₀.₂Mn₀.₄O₂.
   • Übergangsmetalle (Ni, Fe, Mn) wirken synergistisch: ​​Ni​​ steigert die Kapazität, ​​Mn​​ stabilisiert die Struktur und ​​Fe​​ gleicht Kosten/Leistung aus.

2. ​​Herausforderungen​​:

   • ​​Irreversible Phasenübergänge​​ (>4,0 V) führen zu struktureller Degradation.
   • ​​Luftempfindlichkeit​​: Reagiert mit Feuchtigkeit und bildet elektrochemisch inaktives NaOH/Na₂CO₃.
   • ​​Jahn-Teller-Verzerrung​​ von Mn³⁺ und Ni⁴⁺-Elektrolyt-Nebenreaktionen.

3. ​​Leistungsoptimierung​​:

   • ​​Dotierung​​ (z.B. Ti, Mg, Cu): Stabilisiert die Struktur, unterdrückt Phasenübergänge und verbessert die Na⁺-Diffusion.
   • ​​Oberflächenbeschichtung​​ (z.B. Al₂O₃, NaTi₂(PO₄)₃): Mildert Elektrolytkorrosion und verbessert die Zyklenfähigkeit.
   • ​​Morphologiekontrolle​​: Kugelförmige Sekundärpartikel (4–10 μm) mit nanogroßen Primärkörnern verbessern die Kinetik.

​​Anwendungen & Aussichten​​

BN-O3A ist ein vielversprechender Kandidat für ​​Großspeicher​​ (z.B. Netzspeicherung, Elektrofahrzeuge) aufgrund seiner geringen Kosten und Kompatibilität mit der bestehenden Li-Ionen-Batterieherstellung. Jüngste Fortschritte in ​​High-Entropy-Dotierung​​ und ​​P/O-Hybridphasen​​ zielen darauf ab, die Energiedichte (>420 Wh/kg) und die Lebensdauer (>500 Zyklen bei 1C) weiter zu verbessern.

Spezifikationen​