カリウムイオン電池の均一沈殿法によるスケーラブルな合成ナノペロブスカイトK（Mn0.95Ni0.05）F3カソード

はじめに

ポータブル機器やデバイスの需要の高まりに後押しされて、さまざまな研究グループがリチウムイオン電池（LIB）の包括的かつ詳細な研究に取り組んできました[1、2]。リチウム資源の相対的な希少性と不均一な分布のために、LIBの適用は制限されています[3、4]。カリウムは、ナトリウムに続く同じ主族および隣接元素として、より低い還元電位を提供することができ、より高い電位で操作してエネルギー密度を高めることができます。ナトリウムイオン電池（NIB）と比較して、カリウムイオン電池（KIB）はあまり研究されておらず、特にカソード材料[5、6]はまだ開発の初期段階にあります。

優れた性能のKIBを開発するための重要なポイントは、主に、Kイオンの理想的な挿入/抽出を実現するためのカソード材料の合理的な微細構造の設計にあります。 KIBの現在のアプリケーション分野では、高電圧プラットフォームと、充電および放電サイクル中の対応する体積変化に対応するために、バナジウムベースおよびオープンフレームワークカソードがそれぞれ大きな注目を集めています[7、8、9、10、11]。 。

マンガン系材料は、幅広いコストとリソースの観点から、リチウムイオン電池[12]、ナトリウムイオン電池[13、14]、フロー電池[15]。その中で、マンガンベースの層状酸化物は、理論的能力が高いため、研究者に好まれています[13]。ただし、KIBのカソードとして、マンガンベースの層状酸化物は容量が制限され、プラットフォームが比較的低電圧であるため、用途が制限されます[16]。マンガンの代表的な陰極- ベース素材K _0.3 MnO ₂ [17]およびK _0.5 MnO ₂ [18] 4 Vを超える充電電圧を達成しないでください。KIB用のマンガンベースの電極材料の研究を充実させるために、他のタイプのマンガンベースの電極材料もますます注目を集めています。

マンガンの資源上の利点とフッ化物カソード材料の研究における私たちのチームの研究に基づいて、ベースカソード材料としてペ​​ロブスカイトマンガンベースのフッ化物を選択します[19、20、21]。フッ素含有電極材料は高圧耐性があり、電極材料の低電圧プラットフォームの欠陥を軽減することができます[22]。フッ素含有の適用を制限する主な理由は、フッ化物の強いイオン結合特性により、バンドギャップが広くなり、電子伝導性が低下することです[23]。電極材料の電荷移動プロセスを容易にする効率的な方法は、複合材料を合理的に設計することです[24]。フッ化物を調製するための既存の方法には、超高温の要件、複雑な手順、腐食性のHFと有毒なF ₂ の使用など、多くの注目すべき制限があります。 [20、25]。均一沈殿法は、他の電極材料の調製にうまく適用されており、優れた電気化学的性能を達成しています[26]。この方法には、穏やかな合成条件、均一な粒子サイズの調製、および制御可能な形態という利点があります。したがって、均一沈殿法を用いてマンガン系フッ化物ナノ材料を合成する場合、過酷な調製条件と導電性の悪さの問題を同時に解決することが望ましい。一方では、均一な粒子サイズのフッ化物が導電性材料と効果的に混合して複合相を形成し、電極材料の全体的な導電性を向上させることができます[27、28、29、30]。一方、材料の導電性を改善する効果は、より多くの内部電子チャネルと特殊な形態のナノ材料のトンネル効果を使用することによって達成できます[31、32]。

この論文では、ナノペロブスカイトカソード材料K（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ EDTA支援均一沈殿法により合成されました。 EDTAは、沈殿中のMnの放出速度を制御するためのバッファーおよびキレート剤として機能します[33、34]。さらに、EDTAは、金属イオンを遮蔽することによって粒子の凝固を防ぎます。これは、単分散粒子の調製に必要なもう1つの方法です[35]。ナノ構造は、表面の反応性を高め、粒子内の電子経路とイオン経路を短くすることができます[36、37、38]。この目的のために、ナノペロブスカイトK（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ KIBのカソードとして使用されました。一方、K（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ / MWCNTナノコンポジット電極材料は、活物質と導電剤をナノレベルで混合することにより、優れた電気化学的性能を実現しました。電気化学インピーダンス分光法（EIS）を使用して、固液界面でのイオンの輸送および反応プロセスを研究しました。

材料と方法

原材料

原材料は次のとおりです。C ₁₀ H ₁₄ N ₂ O ₈ Na ₂ ・2H ₂ O（EDTA-2Na、98％、アラジン）、Mn（CH ₃ COO） ₂ ・4H ₂ O（99％、アラジン）、Ni（CH ₃ COO） ₂ ・4H ₂ O（99.9％、アラジン）、KF（99％、アラジン）、多層カーボンナノチューブ（MWCNT;> 95％、アラジン）、ポリフッ化ビニリデン（PVDF;アルケマ）、および N -メチルピロリドン（NMP; 99％、マックリン）。

マテリアル合成

>ナノペロブスカイトK（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ 新しい合成方法、すなわちEDTA支援均一沈殿を使用して合成されました。使用した試薬はすべて分析グレードであり、精製せずに直接使用しました。合成ステップを以下に示しました。 6ミリモルのEDTA-2Naと5.25ミリモルのMn（CH ₃ COO） ₂ ・4H ₂ Oを75mlの水と75mlのエタノールに溶解し、攪拌して溶解しました。次に、20 mmolのKFを加えて溶解し、得られた溶液をA. Ni（CH ₃ COO） ₂ ・4H ₂ O（6.0 mmol、6.25 mmol、および6.5 mmol）を80molの水と80mlのエタノールに溶解し、滴下漏斗を使用して連続的に攪拌しながら溶液Aに滴下した。 30分間反応させ、12時間静置する条件下で、生成物を高速遠心分離機（Biobase、TD-4 M、済南、中国）を使用して遠心分離し、固体生成物を得た。次に、固体生成物をで数回洗浄した。エタノールと蒸留水を集め、60°Cで乾燥させてKMnF ₃ を得た。 、K（Mn _0.975 Ni _0.025 ）F ₃ およびK（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ 、 それぞれ。 KMnF ₃ の合成 およびK（Mn _0.975 Ni _0.025 ）F ₃ K（Mn _0.95 の形成を比較および検証するために使用されました Ni _0.05 ）F ₃ 。

K（Mn0.95Ni0.05）F3 / MWCNTコンポジットの製造

MWCNT（0.1 g）を25 mlの水とエタノール（体積比、1：1）に室温で直接添加し、0.5時間超音波処理して良好な分散を達成しました。分散したカーボンナノチューブを溶液Ａに加えて攪拌した。後続のステップは、K（Mn _0.95 の合成と同じ手順に従って実行されました。 Ni _0.05 ）F ₃ 。

材料の特性評価

製品の構造と化学成分は、0.02°（40 KV、40 mA）のステップ幅で10〜70°の角度範囲にわたるX線回折（XRD; Bruker D8 ADVANCEwithCuKα放射線）によって特徴づけられました。 X線光電子分光法（XPS; 150 W AlKaプローブビームを備えたESCALAB250Xi）。合成された生成物の形態は、フィールドミッション透過型電子顕微鏡（TecnaiG2 F20）によって分析されました。準備された材料の正確な元素含有量は、誘導結合プラズマ原子発光分析（ICP-AES; Thermo Scientific iCAP 6500 Duo）によって決定されました。

電気化学的特性評価

作用電極を準備するには、70 wt％の活物質（K（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ 、K（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ / MWCNTs）、NMP溶媒中の20 wt％導電剤、および10 wt％PVDFバインダーを遊星ボールミル（南京大学計器工場、QM-3SP04、南京、中国）でボールミル粉砕して、完全な混合を達成し、アルミホイル。作製した電極膜を真空下120℃で12時間乾燥させた。電解質は0.85mol L ^-1 でした。 KPF ₆ エチレンカーボネート（EC）およびジエチルカーボネート（DEC）（1：1、 v / v ; Mojiesi Energy Technology Co.、Ltd.、Nanjing、China）。ボタン電池は、アルゴン雰囲気のグローブボックス（Mikrouna super 1220/750、上海、中国）で組み立てられました。組み立てられたバッテリーを使用して、バッテリーアナライザー（Neware、深セン、中国）で4.2〜1.2V対k / k ⁺ の範囲でKIBの充電と放電の進行状況をテストしました。 。 EISは、10 ⁵ の周波数範囲の3電極システムを使用して、電気化学ワークステーション（CHI660D、Chenhua Co.、Ltd、上海、中国）でテストされました。 〜10 ⁻² Hz。

結果と考察

K（Mn0.95Ni0.05）F3ナノ粒子の構造的および形態学的特性評価

XRDパターンを使用して固溶体K（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ 。図1は、さまざまな酢酸ニッケル添加時の製品のXRDパターンを示しています。酢酸ニッケルの添加量が6ミリモルの場合、すべてのニッケルイオンが錯化反応に関与してEDTA-Niを形成し、生成物は純粋なペロブスカイト構造KMnF ₃ でした。 （PDF 17-0116）。この結果から、EDTA-Mnに置換されたマンガンイオンが反応開始時に沈殿反応に関与していることが確認されました。酢酸ニッケルの添加量が6.25ミリモルと6.5ミリモルに増加し続けると、回折ピークは徐々に高い角度にシフトしてK（Mn _0.975 Ni _0.025 ）F ₃ およびK（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ 、 それぞれ。この現象は、主にNi ²⁺ の部分的な置換によるものでした。 Mn ²⁺ のイオン半径が小さい 固溶体構造を形成するために、より大きなイオン半径を持ちます。 ICP-AESを使用して、K（Mn _0.975 ）中のマンガン-コバルトの元素比をさらに決定しました。 Ni _0.025 ）F ₃ およびK（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ 。計算結果は、合成過程で添加した量による理論比に近かった（表1）。

KMnF ₃ のXRDパターン （a）、K（Mn _0.975 Ni _0.025 ）F ₃ （b）、およびK（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ （c）異なる酢酸ニッケル添加に対応（a、b、およびcは、酢酸ニッケルの添加がそれぞれ6.0 mmol、6.25 mmol、および6.5 mmolの場合の対応する生成物を表します）

図2は、KMnF ₃ のTEM画像を示しています。 、K（Mn _0.975 Ni _0.025 ）F ₃ 、およびK（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ 、XRDの結果と一致しました。沈殿過程でEDTAを緩衝剤およびキレート剤として使用することによりMnの放出速度を制御したので、調製された粒子は良好な粒子分散および均一な粒子サイズを有していた。図2a、bに示すように、製品KMnF ₃ ナノ粒子は約150nmの平均サイズと不均一な粒子サイズ分布を示しました。図2c、dに示すように、K（Mn _0.975 Ni _0.025 ）F ₃ ナノ粒子は約120nmであり、KMnF ₃ よりも大幅に小さかった。 ナノ粒子。図2e、fに示すように、均一に分散したK（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ ナノ粒子は約100nmの平均サイズを示しました。さらに言及する価値があるのは、粒子サイズの減少が良好な調剤性の保持に影響を与えなかったことでした。粒子サイズ分布が狭いナノ粒子は、粒子と導電剤との接触を改善し、粒子内の電子およびイオン経路を短縮し、それによって導電率を高めることができます。ナノ粒子の内側から外側への有意なコントラスト変化も、TEM画像から見ることができます。

KMnF ₃ のTEM画像 （ a 、 b ）、K（Mn _0.975 Ni _0.025 ）F ₃ （ c 、 d ）、およびK（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ （ e 、 f ）

固溶体構造K（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ 、それはその後のさらなる形態学的および性能特性評価のための研究対象として選択されました。

K（Mn _0.95 の構造と形態のさらなる補足と検証 Ni _0.05 ）F ₃ エネルギー分散型スペクトル（EDS）により、合成されたナノ粒子K（Mn _0.95 ）の元素組成とMnとNiの元素比がさらに検証されました。 Ni _0.05 ）F ₃ 、図3a、bに示すように。図3cからわかるように、平面間の間隔の変化は、粒子の構造を示すのを助けるためにも使用されました。 0.418 nmの面間隔は、KMnF ₃ の（100）結晶面と一致しました。 （PDF 17-0116）、および0.415 nmの面間隔はK（Mn、Ni）F ₃ と一致しました 固溶体。さらに、図3の元素マッピング画像（d、e、f、g、h）とラインスキャン曲線（i、j、k、l）は、F、K、Mn、およびNi元素の対応する分布を示唆しています。 K（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ 固溶体構造。 Mn元素とNi元素のマッピングとラインスキャンの結果からわかるように、Niの元素分布は比較的均一でしたが、Mn元素の元素分布は粒子の中心に分布し、中心から表面に向かって徐々に減少しました。ナノ粒子中のMnの元素分布は、有意な濃度勾配を示しました。濃度勾配構造の予測される合成プロセスをスキーム1に示しました。反応の開始時に、Mn ²⁺ EDTAでは-MnはゆっくりとNi ²⁺ に置き換えられました そして最初に反応に参加しました。反応の増加に伴い、Ni ²⁺ 反応に参加し、粒子の表面をコーティングしました。 Ni ²⁺ 反応の表面でMn ²⁺ の拡散を防ぎました 反応中。 Mn ²⁺ の拡散速度の違い およびNi ²⁺ 濃度勾配構造の形成につながった。さらに、XPSテスト（追加ファイル1：図S1）のNi元素の表面含有量は、濃度勾配構造の補助的な証拠でもあるEDSテストの表面含有量よりも比較的高かった。

K（Mn _0.95 の構造と形態のさらなる補足と検証 Ni _0.05 ）F ₃ ナノ粒子（ a EDS画像に対応します。 b XPSイメージに対応します。 c HRTEM画像に対応します。 d 電子画像に対応します。 e 、 f 、 g 、および h マッピング画像のF、K、Mn、およびNi要素にそれぞれ対応します。 i 、 j 、 k 、および l ラインスキャン曲線のF、K、Mn、およびNi要素にそれぞれ対応します）

K（Mn _0.95 の濃度勾配構造の合成過程 Ni _0.05 ）F ₃

K（Mn、Ni）F ₃ の特殊構造 電解質へのマンガンイオンの溶解を効果的に防ぎ、カリウムイオン電池のサイクル安定性を向上させることができます。濃度勾配構造は、充放電中のイオン移動と電子移動を効果的に実現し、優れた電気化学的特性をもたらします[39]。無視できないもう1つの利点は、濃度勾配構造が一般的なコアシェル電極の構造の不一致の欠点を克服できることでした[24]。

K（Mn0.95Ni0.05）F3 / MWCNTの構造的および形態学的特性

材料の電子伝導性を改善するために、K（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ MWCNTに堆積させて、K（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ / MWCNTナノコンポジットは、優れた電気化学的性能を実現します。 K（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ MWCNTは、形態および構造分析によって確認されました。図4では、K（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ MWCNTとの結合によって形成されたナノ粒子。ナノ粒子のサイズK（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ まだ100程度のサイズ範囲であり、ナノスケールのMWCNTとの良好な組み合わせを容易に形成して、材料の導電性をさらに向上させることができました。

a – d K（Mn _0.95 のTEM画像 Ni _0.05 ）F ₃ さまざまな倍率に対応する/ MWCNTコンポジット

K（Mn _0.95 の化学組成 Ni _0.05 ）F ₃ / MWCNTはXRDおよびXPSによって分析され、結果は追加ファイル1：図S1に示されています。 K（Mn _0.95 のサンプルのXRDパターンでは、26°付近の回折ピークがはっきりと見られます。 Ni _0.05 ）F ₃ / MWCNTs（追加ファイル1：図S1a）、サンプル（JCPDSファイル番号25-0284）にMWCNTが存在することを確認します[40]。 XPSスペクトルを使用して、ナノコンポジット構造の組成と化学結合の状態を特徴付けました。広域スペクトルスキャンにより、追加ファイル1：図S1bにK、F、Mn、Ni、およびC元素が存在することが確認されました。追加ファイル1：図S1cに明確に示されているように、MWCNTの芳香族炭素は調査XPSスペクトル[41]でC1sピークの最も重要な原因でした。 MWCNTマトリックスの炭素に加えて、炭素原子と酸素原子（C =OおよびC–O）を含む官能基も追加ファイル1で取得できます。図S1cは、表面官能基の存在を示しています。主に、追加ファイル1に示されているC1の高分解能XPSスペクトル：図S1cは、293.3および295.9eVでのC-F3およびC-F4の化学結合を示しています[42]。これらの結合の形成により、K（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ MWCNTのカーボンに付着しているため、活物質と導電剤間の良好な電子移動が容易になります。ここでの分析は、カーボンナノチューブとK（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ 化学結合による。

KIBのカソードとしての電気化学的性能

調製されたままの材料の電気化学的性能K（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ およびK（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ / MWCNTは、MWCNTの追加の影響を実証するために最初に評価されました。 K（Mn _0.95 の定電流充電/放電サイクル Ni _0.05 ）F ₃ およびK（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ / MWCNT、電流密度35 mA g ^-1 電圧範囲4.2–1.2V対K / K ⁺ 全体像から見ると、2つの材料は、形態制御が優れているため、高い充電容量と放電容量を示しました。 K（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ 、K（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ / MWCNT電極は、より高いサイクル安定性とクーロン効率を示しました。最初の数サイクルの間、K（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ 電極は単調に減少しました。これは、SEI膜の安定化と、格子内のカリウムの不可逆的なトラップに起因する可能性があります[43]。明らかに、K（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ 充電と放電のサイクル中に明らかな不安定性を示しましたが、K（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ / MWCNT材料は、60サイクルの間により高い安定性を示しました。 K（Mn _0.95 の充電および放電容量 Ni _0.05 ）F ₃ 60サイクル後の/ MWCNTは、106.8および98.5 mAh g ^-1 に達する可能性があります。 、 それぞれ。 92.6％の高い容量保持率は、60サイクル後も維持できます。これらの実験における電極の基本的な材料と試験条件は同じであったため、バッテリーの充放電容量の改善は、MWCNTの追加によるものであると結論付けました。

K（Mn _0.95 のさまざまなサイクルの充放電プロファイル Ni _0.05 ）F ₃ （ a ）およびK（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ / MWCNT（ c ）、およびK（Mn _0.95 の対応する容量サイクルプロファイル Ni _0.05 ）F ₃ （ b ）およびK（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ / MWCNT（ d ）電流密度35 mA g ^-1 電圧範囲4.2–1.2V対K / K ⁺

35 mA g ^- のさまざまな電流密度でのレート性能 1〜280 mAg ^-1 K（Mn _0.95 のレートパフォーマンスをさらに評価するために使用されました Ni _0.05 ）F ₃ 4.2〜1.2 Vの電圧範囲の/ MWCNTカソード。追加ファイル1：図S2 aに示すように、電流密度が異なる電流密度を経験した場合、バッテリーは優れたサイクル性能を示しました。追加ファイル1：図S2bは、K（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ / MWCNTカソード（0.2 mV s ^-1 ） 。得られたCV曲線は、基本的に充電および放電プロセスと一致しており、そのような材料のナトリウムイオン電池のCV曲線と同じ特性を持っていました。 CV曲線はほぼ重なり合っており、Kイオンの脱インターカレーション/インターカレーションプロセス中の優れた可逆性を示しています。

合成材料の電気化学的インピーダンス分光法

K（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ 電極/電解質界面での/ MWCNT複合材料、K（Mn _0.95 のEIS測定 Ni _0.05 ）F ₃ / MWCNT複合電極は、最初の充電および放電プロセス中に実行されました（図6および追加ファイル1：図S3）。開回路電位の下で、K（Mn _0.95 のナイキスト線図 Ni _0.05 ）F ₃ 最初の充電中の/ MWCNTは、高周波半円（HFS）、中周波半円（MFS）、および中低周波線またはアーク（MLFL / A）の3つのコンポーネントで構成されているようです。充電とその後の放電の終わりまで電圧が継続的に上昇している間、HFSとMFSは常に存在し、あまり変化しませんでした。 HFSは一般に、SEIフィルムの形成に関連する半円に起因していました。充放電プロセスと組み合わせると、SEI膜の形成は、チャージの最初のサイクルではほとんど発生しませんでしたが、チャージプロセスの前のスタンディングプロセス中に発生することが知られていました。放置後のインピーダンススペクトルは、SEI膜がこの段階で形成されたという結論を証明することができます（追加ファイル1：図S4）。これは、最初のサイクルの開回路電圧でSEIフィルムに半円を関連付けることが合理的であり、充電中に大きな変化がないことを示しています。この現象は、HFSがSEIフィルムを介したカリウムイオンの移動に起因する可能性があることをさらに証明しました[44]。 SEIフィルムの安定した存在は、複合電極の充電および放電サイクルの安定性の主な理由の1つでした。フッ化物EIS研究に関する以前の文献[19]によると、MFSは、フッ化物と導電剤の間のショットキー接触に関連している必要があります。これは、大きなバンドギャップを持つこのような複合材料の重要な特徴である可能性があります。したがって、基本的にMFSは電子伝導率に関連していると判断できます。図6b、cに示されている周波数データと組み合わせると、数Hz（MLF）でのカソード半円は電荷移動に起因するはずであることが実証できます[45]。フッ化物電極の導電率が低いと電荷移動抵抗が高くなるため、中低周波領域の半円は線または円弧としてのみ表示されます。充電中に電位が上昇するにつれて、電荷移動プロセスに関連する低周波数領域は、主に高い電荷移動抵抗のために、曲がって円弧を形成するという有意な傾向を示さなかった[45,46,47]。上記の分析に基づいて、EISスペクトルに現れる3つの成分は、それぞれSEI膜、電子伝導率、および電荷移動抵抗に関連していました。対応するEIS図をフィッティングするための等価回路は追加ファイル1：図S5に示され、フッ化物電極材料の等価回路の典型的な特性を持っていました[48]。 R _s 溶液抵抗の略で、 R ₁ 、 R ₂ 、および R ₃ 、および一定の位相角要素（CPE; Q ₁ 、Q ₂ 、およびQ ₃ ）は、それぞれHFS、MFS、およびLFSの関連する抵抗とコンデンサを表します。

a – d K（Mn _0.95 のナイキスト線図 Ni _0.05 ）F ₃ / MWCNT電極は最初の充電プロセス中にさまざまな電位で

ナイキスト線図はK（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ およびK（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ 4.0Vまでの最初の充電での/ MWCNTカソードは、追加ファイル1：図S6に示されています。 KMnF ₃ のナイキスト線図 Ni ²⁺ へ / MWCNTsの場合、電荷移動プロセスを表すMLF領域の斜線の曲げ傾向がより顕著になります。これはまた、MWCNTの添加が正極材料の電気化学的活性をある程度改善し、それによって電気化学的性能を改善することを確認した。電荷移動抵抗を表す領域はまだ半円に曲がっていないため、電荷移動抵抗は、合成されたフッ化物材料の電気化学的性能に影響を与える重要なパラメータである可能性があります。

結論

要約すると、濃度勾配構造材料K（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ およびK（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ KIBのカソード材料としての/ MWCNT。 K（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ はEDTAを利用した均一沈殿法により初めて合成され、材料の濃度勾配の形成過程が予測された。濃度勾配構造のフッ化物カソードを調製するためのこのアプローチは、電極材料用の他のナノ構造システムを設計するためにさらに拡張することができます。これに基づいて、K（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ MWCNTに蒸着して、材料の電子伝導性を改善し、充放電容量やサイクル安定性など、より優れた電気化学的性能を備えた電極材料を取得しました。予想通り、K（Mn _0.95 Ni _0.05 ）F ₃ / MWCNT複合電極は優れたサイクル安定性を示しました。 K（Mn _0.95 の充電および放電容量 Ni _0.05 ）F ₃ 60サイクル後の/ MWCNTは、106.8および98.5 mAh g ^-1 に達する可能性があります。 電圧範囲4.2–1.2V対K / K ⁺ 35 mA g ^-1 の電流密度で 。 K（Mn _0.95 のナイキスト線図 Ni _0.05 ）F ₃ / MWCNT複合電極は、電荷移動抵抗が合成フッ化物材料の電気化学的性能に影響を与える重要なパラメーターである可能性があることを明らかにしました。

データと資料の可用性

この記事の結論を裏付けるデータは、記事に含まれています。

略語

CPE：

一定の位相角要素

DEC：

炭酸ジエチル

EC：

エチレンカーボネート

EDS：

エネルギー分散型スペクトル

EIS：

電気化学インピーダンス分光法

HFS：

高周波半円

ICP-AES：

誘導結合プラズマ原子発光分析

KIB：

カリウムイオン電池

LIB：

リチウムイオン電池

MFS：

中周波半円

MLFL / A：

中低周波数のラインまたはアーク

MWCNT：

多層カーボンナノチューブ

NIBs:

ナトリウムイオン電池

NMP：

N -Methyl pyrrolidinone

PVDF：

ポリフッ化ビニリデン

TEM：

透過型電子顕微鏡

XRD：

X線回折