Een gezamenlijk team van de Xiangtan Universiteit stelt een nieuw paradigma voor voor het ontwerp van kathodematerialen in natriumionbatterijen

Op 31 maart boekte een onderzoeksteam onder leiding van professor Liu Li van de School of Chemistry aan de Xiangtan University, in samenwerking met teams van de Nanjing Tech University en Nankai University, baanbrekende vooruitgang op het gebied van kathodematerialen voor natrium-ionbatterijen. De gerelateerde bevindingen werden onlangs gepubliceerd in het internationale tijdschrift *Journal of the American Chemical Society*.

Natrium-ionbatterijen, met hun overvloedige natriumbronnen, zijn een ideale keuze voor grootschalige energieopslag. De complexe faseovergangen en spanningshysteresis tijdens laad-ontlaadcycli beperken echter ernstig hun energiedichtheid en levensduur. Traditionele modificatiestrategieën richten zich op in-plane ontwerp van gelaagde oxiden, waardoor het moeilijk is om het probleem van structurele instabiliteit buiten het vlak aan te pakken.

Dit keer benaderde het onderzoeksteam het probleem vanuit het perspectief van kristallografische symmetrie en stelde een nieuwe strategie voor, genaamd "out-of-plane symmetry design". Door ladingsdisproportie in de alkalimetaallaag te introduceren, induceerden ze monoklinische roostervervorming in P3-type gelaagde oxiden, waardoor een unieke symmetrie buiten het vlak ontstond. Dit bereikte co-existentie van P-type en O-type natrium-ion interstitiële plaatsen, blokkeerde langeafstandsglijding van zuurstofionen en onderdrukte effectief schadelijke faseovergangen.

Tests tonen aan dat het kathodemateriaal, bereid op basis van deze strategie, een gemiddelde spanningsvertraging van slechts 0,16V vertoont na 100 cycli, met een energiedichtheid van 437 Wh/kg. Bij een stroomdichtheid van 100 mA/g bereikt de capaciteitsretentiegraad 80,2% na 200 cycli, wat die van vergelijkbare materialen ver overtreft. Deze strategie toont een sterke universaliteit en kan worden uitgebreid naar andere gelaagde elektrodesystemen, wat belangrijke technologische ondersteuning biedt voor de industrialisatie van natrium-ionbatterijen.