Préparation de nanocubes Fe4[Fe(CN)6]3 de haute qualité : comme matériau de cathode pour une batterie ion-sodium aqueuse

WANG Wu-Lian. Nanocubes Fe4[Fe(CN)6]3 de haute qualité : synthèse et performances électrochimiques comme matériau de cathode pour une batterie aqueuse sodium-ion. Journal des matériaux inorganiques[J], 2019, 34(12): 1301-1308 doi:10.15541/jim20190076

Des nanocubes Fe4[Fe(CN)6]3 (HQ-FeHCF) de haute qualité ont été synthétisés par une méthode hydrothermique simple. Sa structure, sa morphologie et sa teneur en eau sont caractérisées. Fe4[Fe(CN)6]3 présente une forme cubique régulière avec une taille uniforme d'env. 500 nm, qui appartient à la phase cubique à faces centrées. Fe4[Fe(CN)6]3 montre des capacités de décharge de 124, 118, 105, 94, 83, 74 et 64 mAh·g -1 à 1C, 2C, 5C, 10C, 20C, 30C et 40C, respectivement, dans l'électrolyte ternaire aqueux de NaClO4-H2O-Polyéthylène glycol. Sa rétention de capacité reste à 100% après 500 cycles de charge/décharge à raison de 5C. La batterie complète avec Fe4[Fe(CN)6]3 comme cathode et NaTi2(PO4)3 comme anode a été fabriquée, qui délivre une densité d'énergie spécifique de 126 Wh·kg -1 (basée sur les matériaux d'électrode actifs) avec une tension sortie de 1,9 V. De plus,

Préparation des matériaux d'électrode

En utilisant Na4Fe(CN)6 comme source de fer unique, des nanomatériaux Fe4[Fe(CN)6]3(HQ-FeHCF) de haute qualité ont été synthétisés par une méthode hydrothermique simple. De plus, des nanomatériaux Fe4[Fe(CN)6]3(LQ-FeHCF) de faible qualité ont été synthétisés par des méthodes traditionnelles à des fins de comparaison, et la structure, la morphologie et les propriétés électrochimiques de HQ-FeHCF et LQ-FeHCF ont été étudiées. Enfin, en utilisant HQ-FeHCF comme électrode positive, NaTi2(PO4)3 comme électrode négative et NaClO4-H2O-polyéthylène glycol (PEG) comme électrolyte, une batterie complète aqueuse d'ions sodium a été assemblée.

Préparation HQ-FeHCF et  LQ-  FeHCF

A température ambiante, 4 g de polyvinylpyrrolidone K-30 (PVP) et 0,126 g de ferrocyanure de sodium décahydraté ont été ajoutés à 50 ml d'acide chlorhydrique aqueux à pH = 0,8, agités pendant 1 h, et la solution a viré au jaune lorsqu'elle était complètement dissoute. Ensuite, la solution uniformément agitée a été placée dans un four à 80 ° C pendant 12 h. La solution refroidie à température ambiante a été centrifugée pour obtenir un précipité et lavée avec de l'eau déminéralisée. Après avoir répété 4 fois, l'échantillon HQ-FeHCF a été obtenu par séchage dans un four à 80 ° C pendant 8 h. 

Ajouter 2,7 g de chlorure ferrique hexahydraté et 3,6 g de ferrocyanure de sodium décahydraté dans 100 ml d'eau déminéralisée, respectivement. Agiter à 60 °C jusqu'à dissolution complète des deux solutions. Ensuite, une solution de sel hexahydraté de chlorure ferrique a été ajoutée à une solution de sel décahydraté de ferrocyanure de sodium pour générer une grande quantité de précipité bleu foncé. Après incubation à 60 ° C pendant 1 h, la solution a été centrifugée pour obtenir un précipité, qui a été lavé quatre fois avec de l'eau désionisée, puis séché dans un four à 80 ° C pendant 8 h pour obtenir l'échantillon LQ-FeHCF.

Les matériaux d'électrode préparés ont été mélangés selon le rapport m (matière active) : m (noir d'acétylène) : m (fluorure de polyvinylidène (PVDF)) = 75:15:10. Ajouter une quantité appropriée de N-méthylpyrrolidone (NMP) et agiter pendant 8 h, puis étaler la suspension uniformément agitée sur une maille circulaire en titane d'un diamètre d'environ 1,3 cm. Séchez-le dans un four à 80 ° C pendant 12 h, puis pressez-le en une feuille mince avec une presse à comprimés sous une pression de 10 MPa pour faire une électrode de travail. Un système à trois électrodes a été assemblé en utilisant du fil de platine comme contre-électrode et du chlorure d'argent comme électrode de référence. La plate-forme de charge-décharge, les performances de débit et la stabilité du cycle de HQ-FeHCF ont été testées. Une feuille d'électrode HQ-FeHCF d'un diamètre de 1,3 cm a été utilisée comme électrode positive (charge de matière active de 1,14 mg). La feuille d'électrode NaTi2(PO4)3 a été utilisée comme électrode négative (la charge de matière active était de 2,73 mg). Une batterie complète a été formée pour les tests de performance de charge-décharge à courant constant, et la plage de tension de charge-décharge à courant constant du système de batterie était de 0 à 2 V. La capacité de décharge de l'électrode et la densité d'énergie de la batterie ne sont calculées qu'en fonction de la masse de la matière active. L'électrolyte utilise le système NaClO4+H2O+Polyéthylène glycol (PEG).

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