B/N/P-oxo-triarilmetil co-dopat ca material anodic robust pentru bateriile cu ioni de magneziu

Cercetătorii de la Universitatea Federală Kazan din Rusia raportează într-o lucrare din Journal of Power Sources că oxo-triarilmetil (B/N/P@oxTAM) co-dopați de heteroatomi poate fi utilizat ca material anodic viabil pentru bateriile cu ioni de magneziu (MIB). ) cu ciclu de viață prelungit și rate rapide de încărcare-descărcare datorită tensiunii scăzute în circuit deschis și a barierei energetice de difuzie, precum și a unei valori teoretice ridicate a capacității specifice.

Bateriile reîncărcabile bazate pe ioni metalici multivalenți, cum ar fi Mg ²⁺ , Ca ²⁺ și Al ³⁺ , pot oferi o densitate de energie volumetrică mai mare decât ionii monovalenți datorită transferurilor multiple de electroni care au loc în fiecare ion. Datorită capacității specifice teoretice ridicate (2205 mAh g ⁻¹ ), mobilității rapide, abundenței ridicate, potențialului de reducere scăzut (−2,37 V), netoxicității și costurilor reduse, bateriile cu ioni de magneziu (MIB) sunt considerate cele mai promițătoare. baterii ionice reîncărcabile pentru dispozitive electronice portabile. În ciuda acestor avantaje, principala problemă a utilizării comerciale a MIB-urilor este formarea unui strat de blocare a suprafeței (dendrită) ca urmare a instabilității electrolitului în vecinătatea Mg2 ⁺ , care poate duce la descompunerea electrolitului și blocarea difuziei Mg. -ion ​​în timpul procesului de încărcare-descărcare.

… Cadrele organice covalente (COF) aparțin unei categorii de polimeri cristalini cu legături covalente puternice care au fost considerate materiale utile pentru bateriile reîncărcabile datorită suprafeței lor mari, stabilității termice ridicate, naturii reglabile, durabilității, porozității ridicate, și densitate scăzută. Forma COF-urilor îmbunătățește considerabil intercalările ionilor metalici, difuzia ionică și transportul ionic. Cu toate acestea, aplicarea COF-urilor este limitată din cauza conductibilității electronice slabe (o bandă interzisă mare). Prin urmare, este urgent să se proiecteze materiale noi pentru electrozi organici, cu performanțe excelente.

… Recent, oxo-triarilmetil (oxTAM), ca COF inovator poros-conjugat, a primit mai multă atenție în comutatoarele electrochimice și dispozitivele electronice. A fost propus pentru prima dată de Alc’on și colab., care atomii de oxigen sunt legați între inelele arii adiacente. Prin urmare, acest studiu demonstrează o proiectare rațională a potențialului material anodic constând din oxTAM co-dopate cu B, N și P pentru MIB-uri folosind calcule DFT.

-Kaviani

 

B/N/P@oxTAM are o structură foarte poroasă și afinitate pentru atașarea ionilor de Mg la locurile libere. Echipa a calculat densitatea parțială a stărilor, tensiunea în circuit deschis, capacitatea specifică teoretică și bariera energetică de difuzie în studiu.

Rezultatele au arătat o scădere semnificativă a decalajului HOMO-LUMO fără deformare structurală, ceea ce sugerează performanța de ciclizare ridicată a B/N/P@oxTAM pentru MIB. Mai mult, materialul anodic proiectat a demonstrat încărcare completă cu șase ioni Mg la diferite locuri active, indicând o capacitate specifică teoretică mare de 513,75 mAh g ^-1 și o tensiune scăzută în circuit deschis de 0,07 V. Prezența unui inel heterociclic (borabenzen). ) cu o barieră energetică de difuzie de 0,039 eV a crescut difuzia ionilor de Mg.