Nghiên cứu điện hóa của hai hợp chất có cấu trúc liên quan $$\hbox {FeVMoO}_{7}$$ và $$\hbox {CrVMoO}_{7 }$$ tổng hợp bằng phương pháp sol-gel

D Saritha1
1Department of Chemistry, Koneru Lakshmaiah Education Foundation, Hyderabad, India

Tóm tắt

Hợp chất $$\hbox {FeVMoO}_{7}$$ và $$\hbox {CrVMoO}_{7}$$ đã được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel lần đầu tiên và được sử dụng làm vật liệu cathode đầy hứa hẹn cho pin Lithium ion. Một quy trình dễ dàng và linh hoạt để chuẩn bị $$\hbox {FeVMoO}_{7}$$ và $$\hbox {CrVMoO}_{7}$$ thông qua phương pháp sol-gel đã được phát triển. Cấu trúc, hình thái và các tính chất điện hóa đã được nghiên cứu bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM) và các phép đo kiểm tra nạp-xả vôn tích cực. Nghiên cứu về các hợp chất này với tư cách là vật liệu điện cực được thúc đẩy bởi cấu trúc ba chiều và các cặp redox của Fe, V và Mo. Giá trị dung lượng xả trong chu kỳ đầu tiên cho $$\hbox {FeVMoO}_{7}$$ và $$\hbox {CrVMoO}_{7}$$ lần lượt là 284 $$\hbox {mAhg}^{-1}$$ và 264 $$\hbox {mAhg}^{-1}$$ trong khoảng điện áp 3.2–1.5 V. Dung lượng xả của $$\hbox {FeVMoO}_{7}$$ là 160 $$\hbox {mAhg}^{-1}$$ sau 20 chu kỳ. Tóm lại, các pha FeVMoO$$\_7$$ và CrVMoO$$\_7$$ đã được nghiên cứu như vật liệu điện cực lần đầu tiên. Phương pháp sol-gel đã được áp dụng lần đầu tiên để tổng hợp các pha này và các pha thể hiện tính chất điện hóa tốt. Việc chèn lithium điện hóa vào các pha ba chiều của FeVMoO$$\_7$$ và CrVMoO$$\_7$$ là khả thi và đã quan sát thấy hành vi chu kỳ tốt.

Từ khóa

#hợp chất FeVMoO7 #hợp chất CrVMoO7 #phương pháp sol-gel #vật liệu cathode #nghiên cứu điện hóa #dung lượng xả

Tài liệu tham khảo

Shirakawa J, Nakayama M, Wakihara M and Uchimoto Y 2007 Changes in electronic structure upon lithium insertion into \(\text{ Fe }_{2}(\text{ SO }_{4})_{3}\) and \(\text{ Fe }_{2}(\text{ MoO }_{4})_{3}\) investigated by X-ray absorption spectroscopy J. Phys. Chem. B 111 142 Alvarez-Vega M, Amador U and Arroyo- de Dompablo M E 2005 Electrochemical study of \(\text{ Li }_{3}\text{ Fe }(\text{ MoO }_{4})_{3}\) as positive electrode in lithium cells J. Electrochem. Soc. 152 A1306 Leyzerovich N N, Bramnik K G, Buhrmester T, Ehrenerg H and Fuess H 2004 Electrochemical intercalation of lithium in ternary metal molybdates \(\text{ MMoO }_{4}\) (M: Cu, Zn, Ni and Fe) J. Power Sources 127 76 Morcrette M, Rozier P, Dupont L, Mugnier E, Sannier L, Galy J and Tarascon J M 2003 A reversible copper extrusion-insertion electrode for rechargeable Li batteries Nat. Mater. 2 755 Morcrette M, Martin P, Rozier P, Vezin H, Chevallier F, Laffont L, Poizot P and Tarascon J M 2005 Cu1.1V4O11: A new positive electrode material for rechargeable Li batteries Chem. Mater. 17 418 Begam K M, Michael K M, Yap Y H T and Prabaharan S R S 2004 New lithiated nasicon-type \(\text{ Li }_{2}\text{ Ni }_{2}(\text{ MoO }_{4})_{3}\) for rechargeable lithium batteries Electrochem. Solid-State Lett. 7 A242 Prabaharan S R S, Michael M S and Begam K M 2004 Synthesis of a polyanion cathode material, \(\text{ Li }_{2}\text{ Co }_{2}(\text{ MoO }_{4})_{3}\), and its electrochemical properties for lithium batteries Electrochem. Solid-State Lett. 7 A416 Zachau-Christiansen B, West K and Jacobsen T 1985 Lithium insertion into \(\text{ VO }_{2}\)(B) Mater. Res. Bull. 20 485 Murphy D W, Christian P A, Disalvo F J and Waszczak J V 1979 Lithium incorporation by vanadium pentoxide Inorg. Chem. 18 2800 Murphy D W, Christian P A, Disalvo F J, Carides J N and Waszczak J V 1981 Lithium incorporation by \(\text{ V }_{6}\text{ O }_{13}\) and related vanadium (+4,+5) oxide cathode materials J. Electrochem. Soc. 128 2053 Pistoia G, Pasquali M, Wang G and Li L 1990 \(\text{ Li/Li }_{1+x}\text{ V }_{3}\text{ O }_{8}\) seconday batteries J. Electrochem. Soc. 137 2365 Bouhedja L, Castro-Garcia S, Livage J and Julien C 1998 Lithium intercalation in \(\acute{\upalpha }\text{-Na }_{y}\text{ V }_{2}\text{ O }_{5}\) synthesized via the hydrothermal route Ionics 4 227 Denis S, Baudrin E, Touboul M and Tarascon J M 1997 Synthesis and electrochemical properties of amorphous vanadates of general formula \(\text{ RVO }_{4}\) (R=In,Cr,Fe,Al,Y) vs. Li J. Electrochem. Soc. 144 4099 Takeda Y, Itoh K, Kanno R, Icikawa T, Imamshi N and Yamamoto O 1991 Characteristics of Brannerite-type \(\text{ CuV }_{2-x }\text{ Mo }_{x}\text{ O }_{6}\) (\(0\le \text{ x }\le 1\)) cathodes for lithium cells J. Electrochem. Soc. 138 2566 Andrukaitis E 1995 Reversible lithium intercalation in alkali metal vanadium bronzes \((\text{ M }_{x}\text{ V }_{6}\text{ O }_{13+\delta }\), where M=K, Rb or Cs) J. Power Sources 54 470 Patoux S and Richardson T J 2007 Lithium insertion chemistry of some iron vanadates Electrochem. Commun. 9 485 Song J, Wang X, Ni X, Zheng H, Zhang Z, Ji M, Shen T and Wang X W 2005 Preparation of \(\text{ hexagonal-MoO }_{3}\) and electrochemical properties of lithium intercalation into the oxide Mater. Res. Bull. 40 1751 Leroux F and Nazar L F 2000 Uptake of lithium by layered molybdenum oxide and its tin exchanged derivatives: high volumetric capacity materials Solid State Ionics 133 37 Tsumura T and Inagaki M 1997 Lithium insertion/extraction reaction on crystalline \(\text{ MoO }_{3}\) Solid State Ionics 104 183 James A C W P and Goodenough J B 1988 Structure and bonding in \(\text{ Li }_{2}\text{ MoO }_{3}\) and \(\text{ Li }_{2-x}\text{ MoO }_{3} (0 \le \text{ x } \le 1.7\)) J. Solid State Chem. 76 87 Huang C K, Crouch-Baker S and Huggins R A 1988 Lithium insertion in several molybdenum(IV) oxide phases at room temperature J. Electrochem. Soc. 135 408 Begam K M and Prabaharan S R S 2006 Improved cycling performance of nano-composite \(\text{ Li }_{2}\text{ Ni }_{2}(\text{ MoO }_{4})_{3}\) as a lithium battery cathode material J. Power Sources 159 319 Michael M S, Begam K M, Cloke M and Prabaharan S R S 2008 New nasicon type oxyanion high capacity anode, \(\text{ Li }_{2}\text{ Co }_{2}(\text{ MoO }_{4})_{3}\), for lithium-ion batteries: preliminary studies J. Solid State Electrochem. 12 1025 Tranchant A and Messina R 1988 A comparative electrochemical study of \(\text{ MoO }_{3},\text{ V }_{2}\text{ O }_{5}\) and \(\text{ MoV }_{2}\text{ O }_{8}\) as rechargeable cathodes in lithium cells J. Power Sources 24 85 Amdouni N, Zarrouk H, Soulette F and Julien C M 2003 Synthesis, structure and lithium intercalation reaction in \(\text{ LiMoVO }_{6}\) brannerite-type materials J. Mater. Chem. 13 2374 Anji Reddy M, Satya Kishore M, Pralong V, Caignaert V, Varadaraju U V and Raveau B 2007 Electrochemical performance of \(\text{ VoMoO }_{4}\) as negative electrode material for Li ion batteries J. Power Sources 168 509 Wang X, Heier K R, Stern C L and Poeppelmeier K R 1998 Crystal structure and raman spectroscopy of \(\text{ FeVMoO }_{7}\) and \(\text{ CrVMoO }_{7}\) with Mo=O double bonds Inorg. Chem. 37 3252 Masquelier C, Padhi A K, Najundaswamy K S and Goodenough J B 1998 New cathode materials for rechargeable lithium batteries: The 3D framework structures \(\text{ Li }_{3}\text{ Fe }_{2}(\text{ XO }_{4})_{3}\)(X=P, As) J. Solid State Chem. 135 228 Nadiri A, Delmas C, Salmon R and Hagenmuller P 1984 Chemical and electrochemical alkali metal intercalation in the 3D-framework of \(\text{ Fe }_{2}(\text{ MoO }_{4})_{3 }\) Rev. Chim. Miner. 21 537 Padhi A K, Nanjundaswamy K S, Masquelier C, Okada S and Goodenough J B 1997 Effect of structure on the \(\text{ Fe }^{3+}/\text{ Fe }^{2+}\) redox couple in iron phosphates J. Electrochem. Soc. 144 1609 Manthiram A and Goodenough J B 1989 Lithium insertion into \(\text{ Fe }_{2}(\text{ SO }_{4})_{3}\) frameworks J. Power Sources 26 403 Prabaharan S R S, Michael M S, Ramesh S and Begam K M 2004 Synthesis and redox properties of \(\text{ Li }_{x}\text{ Ni }_{2}(\text{ MoO }_{4})_{3}\): A new 3-V class positive electrode material for rechargeable lithium batteries J. Electroanal. Chem. 570 107 Guyomard D, Sigala C, Salle A G L and Piffard Y 1997 New amorphous oxides as high capacity negative electrodes for lithium batteries: the \(\text{ LixMVO }_{4 }\)(M=Ni,Co,Cd,Zn;\(1<x\le 8\) series) J. Power Sources 68 692 Rossignol C, Gouvrad G and Baudrin E 2001 X-ray absorption spectroscopy study of the structural and electronic changes upon cycling of \(\text{ LiNiVO }_{4}\) as a battery electrode J. Electrochem. Soc. 148 A869 Laruelle S, Poizot P, Baudrin E, Briois V, Touboul M and Tarascon J M 2001 X-ray absorption study of cobalt vanadates during cycling usable as negative electrode in lithium battery J. Power Sources 97–98 251 Kim S, Ogura S, Ikuta H, Uchimoto Y and Wakihara M 2002 Reaction mechanisms of \(\text{ MnMoO }_{4}\) for high capacity anode material of Li secondary battery Solid State Ionics 146 249 Manickam M, Minato K and Takata M 2003 Effect of trivalent catión on the niobium redox couple in various transition metal phosphates J. Electrochem. Soc. 150 A1085