Понимание химии деградации при воздействии воздуха на наномасштабе слоистых оксидных катодов для натрий-ионных батарей

Нежелательные реакции между слоистыми наний-оксидными катодами на основе переходных металлов и воздухом мешают их использованию в практических натрий-ионных батареях. Поэтому фундаментальное понимание того, как слоистые оксидные катоды разрушаются на воздухе, имеет первостепенное значение, но оно пока не полностью выяснено. В настоящей работе всестороннее исследование модельного материала NaNi0.7Mn0.15Co0.15O2 раскрывает его химические реакции с воздухом и динамическую эволюцию продуктов деградации при воздействии воздуха. Мы обнаружили, что помимо извлечения ионов Na+ из кристаллической решетки с образованием NaOH, Na2CO3 и Na2CO3·H2O при контакте с воздухом, ионы никеля постепенно растворяются из объёма с образованием NiO и накапливаются на поверхности частиц, что было выявлено с помощью поверхностно-чувствительной масс-спектроскопии вторичных ионов с временем пролёта на субнанометровом разрешении. Продукты деградации на поверхности являются диэлектриками, что приводит к увеличению межфазного сопротивления и снижению электрохимической производительности. Мы также демонстрируем осуществимую стратегию покрытия поверхности для подавления неблагоприятного процесса деградации. Понимание механизма деградации на наномасштабе может способствовать будущему развитию высокоэнергетических катодов для натрий-ионных батарей.