Nickel Hexacyanoferrate Nanoparticle Electrodes For Aqueous Sodium and Potassium Ion Batteries

The electrical power grid faces a growing need for large-scale energy storage over a wide range of time scales due to costly short-term transients, frequency regulation, and load balancing. The durability, high power, energy efficiency, and low cost needed for grid-scale storage pose substantial challenges for conventional battery technology.(1, 2) Here, we demonstrate insertion/extraction of sodium and potassium ions in a low-strain nickel hexacyanoferrate electrode material for at least five thousand deep cycles at high current densities in inexpensive aqueous electrolytes. Its open-framework structure allows retention of 66% of the initial capacity even at a very high (41.7C) rate. At low current densities, its round trip energy efficiency reaches 99%. This low-cost material is readily synthesized in bulk quantities. The long cycle life, high power, good energy efficiency, safety, and inexpensive production method make nickel hexacyanoferrate an attractive candidate for use in large-scale batteries to support the electrical grid.

باتری‌های نیکل و پتاسیم برای خنثی کردن یون سدیم و پتاسیم

شبکه برق الکتریکی با نیاز رو به رشد برای ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ در دامنه وسیعی از مقیاس‌های زمانی به دلیل ولتاژهای گذرای کوتاه‌مدت، تنظیم فرکانس، و بالانس بار مواجه است. دوام، توان بالا، بهره‌وری انرژی، و هزینه پایین مورد نیاز برای ذخیره‌سازی در مقیاس شبکه، چالش‌های اساسی برای فن‌آوری باتری معمولی هستند. (۱، ۲)در اینجا، ما درج / استخراج یون‌های سدیم و پتاسیم را در یک ماده الکترود hexacyanoferrate نیکل با فشار کم برای حداقل ۵ هزار چرخه عمیق در چگالی‌های جریان بالا در الکترولیت آبی ارزان نشان می‌دهیم. ساختار چارچوب باز آن به حفظ ۶۶ % ظرفیت اولیه حتی در نرخ بسیار زیاد (۴۱.۷ %)اجازه می‌دهد. در چگالی‌های جریان پایین، راندمان انرژی گردش دور آن به ۹۹ % می‌رسد. این مواد کم‌هزینه به آسانی در حجم انبوه سنتز می‌شوند. عمر سیکل طولانی، توان بالا، بهره‌وری انرژی خوب، ایمنی و روش تولید ارزان باعث می‌شود که نیکل به عنوان کاندیدای جذاب برای استفاده در باتری‌های مقیاس بزرگ برای پشتیبانی از شبکه برق استفاده شود.