【摘要】 通过简单的固相工艺制备了基于不同 Ni/Fe 比例的镍铁颗粒的高温电池用金属卤化物正极材料。

金属卤化物是 Na-MeCl2 电池的活性阴极成分，需要熔融的二次电解质四氯铝酸钠 (NaAlCl4)，以促进 Na+ 离子在阴极材料内的移动。氯化钠镍（Na - NiCl2）电池作为一种有前途的大规模储能应用系统已被广泛研究。

 

Fig. 1. Image and schematic representation of the cell used for the electrochemical characterization of cathode materials.【1】

 

位于 30 × 200 mm (d × h) 硼硅酸盐玻璃管中的简单测试池，在高温 (T > 500 ℃) 下对熔融钠具有适当的化学稳定性。该装置的示意图如图 1 所示。该电池由一个由直径 0.5 毫米的钼丝制成的正极组成，该正极卷绕并放置在玻璃管的底部，充当惰性集电器。将其埋入 2 克正极活性物质（NaCl/Ni 或 NaCl/Ni-Fe）和 6 克混合盐（NaCl + AlCl3）中，以粉末形式装载。

 

固体电解质是基于β“-氧化铝的陶瓷离子导体，由IONOTEC生产的平底封闭管（H3-80-LN型）组成，内径为20 mm，高度为80 毫米。将其放置在玻璃管内，封闭端部分浸入阴极材料中，底座直接位于钼螺旋线上。电池的阳极侧组装在β“-氧化铝管的内部。将由2mm直径的镍丝制成的负极集流体盘绕并放置在陶瓷管的底部，然后将0.5g的金属钠薄片也放置在管内。

 

在电池完全放电的初始阶段，必须使用金属钠来确保镍线和陶瓷电解质之间的电接触。电池运行过程中产生的额外金属钠将添加到管内已有的金属钠中，在充电和放电循环期间增加和减少阳极的体积，从而保证存在所需的最低水平。细胞的正确功能。镍线的端子部分插入绝缘玻璃毛细管内，将负极集流体引向电池外部，避免与正极发生短路的可能性。整个电池最终在上端被密封，只留下用于与测量系统进行电气连接的连接器。

 

Fig. 2. XRD analysis of the cathodic material samples prepared as function of Ni content and with the addition of FeS. Comparison between the diffractograms of the cathodic material with FeS having 90 % (black line) and 10 % (red line) of nickel. (For interpretation of  the references to colour in this figure legend, the reader is referred to the web version of this article.) L. Frusteri et al.【1】

 

无花果。图2显示了制备的阴极材料的衍射图，其作为Ni/Fe比率的函数，分别添加和不添加FeS。 2-θ 值 44,5° 处的强峰与镍的存在有关，并且随着混合物中镍含量的减少而逐渐减弱。由于铁的强度相对较低，因此无法清楚地检测到铁的峰。然而，对图 2 中所示的含 90% 和 10% 镍的样品的衍射图进行仔细比较，发现由于铁的存在，在 2-theta 值 82.5° 处存在一个小峰。镍的峰值在 76,5° 处平行下降。

 

样品中存在并用作添加剂的所有其他化合物（包括 FeS）在衍射图上不可见，因为它们在混合物中的含量很少。主要成分的微晶尺寸通过Scherrer方程计算。所有样品的 NaCl、Fe 和 Ni 的波长值非常相似，分别为 85、45 和 35 nm。

 

通过简单的固相工艺制备了基于不同 Ni/Fe 比例的镍铁颗粒的高温电池用金属卤化物正极材料。这包括将镍、铁和氯化钠粉末前体与适量的其他添加剂一起球磨。在实验室管式电池装置中进行的初步电化学表征显示了硫化铁物质对于电池正确运行的重要性，证实了简单铁物质的效果不充分。

 

此外，已经发现，增加阴极组合物中金属铁颗粒的量直至最佳Ni/Fe比率，可以提高比容量。特别是，使用含有 50% 铁而不是镍的阴极材料获得了最佳结果，其表现出优异的比容量和能量，分别超过 123 mAh g- 1 和 275 mWh g-1 。含铁样品获得的容量增强归因于该物质在限制 NiCl2 晶粒生长方面发挥的有益贡献，从而有利于它们在放电过程中完全再转化，从而优化 Ni 活性物质的利用程度。

 

【1】Leone Frusteri, Salvatore Gianluca Leonardi, Mario Samperi, Vincenzo Antonucci, Claudia D'Urso,Characterization and testing of cathode materials for high temperature sodium nickel‑ironchloride battery,Journal of Energy Storage,Volume 55, Part B,2022,105503,ISSN 2352-152X,

 

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