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La technologie progresse rapidement et nous savons tous que les batteries lithium-ion (LIB) sont utilisées pour le stockage de l'énergie dans les produits électriques et les véhicules électriques, et que la demande est susceptible d'augmenter. Cependant, le lithium n'étant pas un métal abondant, il est cher. En revanche, le sodium est abondant et peu coûteux, et l'intérêt pour les batteries sodium-ion (SIB) s'est accru.

Les matériaux qui ont été étudiés pour être utilisés comme électrodes négatives du SIB sont le carbone dur et l'étain. Le carbone dur peut être soumis à plus de 100 cycles, mais sa capacité n'est que d'environ 250 mAh/g. Les piles au sodium avec électrodes en carbone dur sont plus petites que les piles au lithium équivalentes. L'étain, quant à lui, a une capacité d'environ 500 mAh/g mais souffre d'une faible performance de cyclage (quelques cycles seulement) en raison de la forte expansion et de la contraction du volume de l'électrode d'étain (environ 5,3 fois plus grande que le carbone dur), accompagnées de l'incorporation (alliage) et de l'extraction (déalliage) d'ions Na. Ces processus d'alliage/déalliage de Sn avec Na sont similaires à ceux de Sn avec Li. Par conséquent, un facteur clé est l'inhibition des changements de volume pendant le cycle par les électrodes à base de Sn. Comme le montre la figure 6 de l'article original, les performances de cyclage des électrodes Sn pour les SIB peuvent être améliorées en utilisant des liants à base d'acide polyacrylique (PAA). Dans cette étude, la capacité de l'électrode Sn est restée autour de 500 mAh/g après 20 cycles. Par conséquent, le liant est l'un des matériaux constitutifs les plus importants de l'électrode.

Les anodes Sn-Co présentent de bonnes performances de cyclage car le cobalt ne s'allie pas au lithium et le cobalt tamponne le changement de volume de l'électrode pendant le cyclage. Cet article évalue les propriétés des électrodes Sn-Co utilisées électrochimiquement pour les SIB afin de révéler la corrélation entre les performances de cyclage et l'adhésivité.

Des électrodes Sn-Co ont été préparées en utilisant du difluorure de polyvinylidène (PVdF) ou du PAA comme liant. Les propriétés électrochimiques des électrodes Sn-Co avec le liant PAA ont été examinées en réalisant des expériences de décharge-charge à courant constant, et les résultats ont été comparés à ceux obtenus avec le PVdF comme liant. En outre, le changement de volume des électrodes Sn-Co avec PAA ou PVdF pendant l'insertion d'ions Na (alliage)/extraction (désalliage) a été évalué pour la première fois par microscopie optique in situ. Les changements de structure cristalline du Sn-Co au cours du cycle ont été caractérisés par diffraction des rayons X (XRD) et les changements morphologiques au cours du cycle ont été analysés par microscopie électronique à balayage (SEM) et microscopie optique.

Applications

Cet article se concentre sur la performance électrochimique du Sn-Co pour montrer la corrélation entre la performance de cyclage et le liant du matériau d'assemblage de l'électrode. Les électrodes Sn-Co en poly(acide acrylique) (PAA) ont montré une meilleure performance de cyclage (~300 mAh/g pour 30 cycles) par rapport au poly(difluorure de vinylidène) (PVdF). Cette meilleure propriété de cyclage du PAA est due à la légère modification du volume de l'électrode pendant le cyclage, comme l'a révélé la microscopie optique in situ. En outre, le prédopage de Na dans l'électrode Sn-Co a augmenté l'efficacité coulombienne moyenne de 95,41 TP3T à 99,91 TP3T pour 2 à 10 cycles.

L'image 1 montre les changements de volume de l'électrode pendant le cyclage, observés à l'aide d'un microscope optique in situ (LasertecCorp., ECCSB310). L'expansion et la contraction de l'électrode ont été estimées en mode d'analyse en ligne. La cellule circulaire utilisée pour la microscopie optique in situ était un diaphragme en polypropylène à immersion superposée (19 mm de diamètre) composé d'une contre-électrode en feuille de sodium (0,2 mm d'épaisseur et 15 mm de diamètre), d'une solution électrolytique (1 mol/l NaPF6 EC:DEC 1:1 en volume) et d'une électrode de travail en Sn-Co (0,02 mm d'épaisseur et 14 mm de diamètre). . La cellule circulaire a été découpée en demi-cercle avec la section transversale Na/séparateur (volume 1 mol/l NaPF6 EC:DEC1:1)/Sn-Co exposée. Les cellules ont ensuite été placées dans un dispositif de microscope optique, comme le montre la figure 1. Des tests de décharge-charge ont été effectués dans les mêmes conditions que pour la cellule à pièce de monnaie, et les sections transversales ont été observées à travers une fenêtre de visualisation à l'aide d'un microscope optique.

source (d'information, etc.)

Auteurs : Y. Yui, Y. Ono, Hayashi, Y. Nemoto, K. Hayashi, K. Asakura et H. Kitabayashi

Institution : NTT Energy and EnvironmentSystems Laboratories, Nippon Telegraph and Telephone Corporation, Kanagawa243-0198, Japon

Publié : Manuscrit soumis le 21 octobre 2014 ; manuscrit révisé reçu le 16 décembre 2014. Publié le 8 janvier 2015. (Il s'agit du document 214 présenté à la réunion de l'IMLB à Côme, en Italie, du 10 au 14 juin 2014. Côme, Italie, réunion de l'IMLB, du 10 au 14 juin 2014. Cet article fait partie du FocusIssue of Selected Presentations from IMLB 2014).

Journal of The ElectrochemicalSociety, 162 (2) A3098-A3102 (2015)

Site web de la source de l'article :Propriétés d'insertion/extraction d'ions sodium des anodes Sn-Co et des anodes Sn-Co pré-dopées au Na