鈉離子電池最新成果！

2023-09-21 09:22:54 來(lái)源：材料人

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簡(jiǎn)介：材料人網(wǎng)產(chǎn)品板塊致力于收錄有價(jià)值的新材料成果。近期產(chǎn)品庫(kù)收錄的關(guān)于鈉離子電池的新思路、新方法如下，部分成果摘錄自高校及科研單位官網(wǎng)報(bào)道。

材料人網(wǎng)產(chǎn)品板塊致力于收錄有價(jià)值的新材料成果。近期產(chǎn)品庫(kù)收錄的關(guān)于鈉離子電池的新思路、新方法如下，部分成果摘錄自高校及科研單位官網(wǎng)報(bào)道。

1：Nat. Commun.：陽(yáng)離子捕獲策略實(shí)現(xiàn)高比能/長(zhǎng)周期水系鈉離子電池

中山大學(xué)王成新教授和楊功政副教授聯(lián)合提出了一種表面陽(yáng)離子原位捕獲策略，能夠很好地解決了正極結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定和電池循環(huán)穩(wěn)定性差的問(wèn)題。該在高濃度NaCl基水溶液中引入Na4Fe(CN)6作為支撐鹽，以填補(bǔ)循環(huán)過(guò)程中由鐵取代的普魯士藍(lán)Na1.58Fe0.07Mn0.97Fe(CN)6·2.65H2O(NaFeMnF)正極材料中形成的表面Mn空位。研究表明，NaMnF在充電過(guò)程中逐漸由單斜相轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎较啵罱K相變?yōu)樗姆较?。在立?四方相變過(guò)程中，高自旋Mn3+離子導(dǎo)致的JT效應(yīng)引起Mn的歧化反應(yīng)，使得部分錳以Mn2+離子溶解于電解液中。當(dāng)向電解液中引入微量的亞鐵氰化鈉作為添加劑，在充電過(guò)程中Fe(CN)64?電遷移至正極表面，能夠捕獲表面溶解的錳離子并原位快速成核、外延生長(zhǎng)出NaMnF，從而在源頭上消除了正極結(jié)構(gòu)退化的隱患。所制備的水系鈉離子電池在0.5 A g?1下的比能量為94 Wh kg?1，在2 A g?1下循環(huán)15,000次后的放電容量保持率為73.4%。研究成果以題為“Enabling long-cycling aqueous sodium-ion batteries via Mn dissolution inhibition using sodium ferrocyanide electrolyte additive”發(fā)表在知名期刊Nature Communications上。

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2：鄭州大學(xué)Nature子刊：橋接多尺度界面以開(kāi)發(fā)離子導(dǎo)電高壓含硫酸鐵鈉基電池正極

鄭州大學(xué)陳衛(wèi)華教授課題組提出Na2.26Fe1.87(SO4)3多尺度界面工程，異質(zhì)結(jié)構(gòu)和晶面被調(diào)整以提高Na離子存儲(chǔ)性能。物理化學(xué)表征和理論計(jì)算表明Na6Fe(SO4)4異質(zhì)結(jié)構(gòu)相通過(guò)致密鈉離子遷移通道和降低能壘來(lái)促進(jìn)離子動(dòng)力學(xué)。Na2.26Fe1.87(SO4)3的(11)面促進(jìn)了電解液ClO4-陰離子和氟代碳酸亞乙酯分子的吸附，在正極形成富含無(wú)機(jī)物的Na離子導(dǎo)電界面。當(dāng)在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的單層軟包電池配置中與預(yù)先處理的FeS/碳基負(fù)極結(jié)合進(jìn)行測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)基于Na2.26Fe1.87(SO4)3的正極可實(shí)現(xiàn)約83.9 mAh g-1的初始放電容量，在24 mA g-1和 25℃下進(jìn)行40個(gè)循環(huán)后，平均電池放電電壓為2.35 V，比容量保持率為97%左右。

鄭州大學(xué)陳衛(wèi)華教授等人將此工作以“Bridging multiscale interfaces for developing ionically conductive high-voltage iron sulfate-containing sodium-based battery positive electrodes”為題發(fā)表在頂級(jí)綜合性期刊《Nature Communications》上。

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3：趙乃勤教授ESM：用于持久可逆鈉離子電池的界面摻雜

在理論計(jì)算的指導(dǎo)下，天津大學(xué)趙乃勤教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了界面摻雜工程，由Co摻雜的MoS2(Co-MoS2)和N摻雜的石墨烯(NG)組成的新型界面在放電過(guò)程中具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和Na+吸附能力。此外，所揭示的Na2S-Mo(Co)/NG界面極大地有利于Na2S在充電過(guò)程中的分散、吸附和分解以及整體電導(dǎo)率。電化學(xué)表征技術(shù)系統(tǒng)地證明了錨定在三維氮摻雜碳(Co-MoS2/3DNC)復(fù)合材料上的鈷摻雜MoS2中Co-MoS2/NG界面良好的雙向反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。因此，Co-MoS2/NG界面能夠?qū)崿F(xiàn)有效的可逆轉(zhuǎn)化反應(yīng)。Co-MoS2/3DNC在1 A g-1的電流密度下表現(xiàn)出良好的倍率性能和1500次循環(huán)的良好長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性。本研究為設(shè)計(jì)高可逆和耐用的轉(zhuǎn)化型復(fù)合陽(yáng)極的界面摻雜工程提供了新的見(jiàn)解。研究成果以題為“Engineering the interfacial doping of 2D heterostructures with good bidirectional reaction kinetics for durably reversible sodium-ion batteries”發(fā)表在知名期刊Energy Storage Materials上。

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4：Nat. Commun.：準(zhǔn)固態(tài)鈉電池中鈉離子傳導(dǎo)通道的仿生設(shè)計(jì)

中國(guó)石油大學(xué)的范壯軍教授、劉征博士及燕友果教授以細(xì)胞膜的生物離子通道為靈感，開(kāi)發(fā)了一種-COO-修飾的COF作為Na+準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)(QSSE)。研究表明，這種準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)具有由相鄰的-COO-基團(tuán)和COF內(nèi)壁形成的亞納米Na+傳輸區(qū)(6.7-11.6 ?)，可實(shí)現(xiàn)Na+沿著亞納米尺寸的電負(fù)性區(qū)域傳輸，從而產(chǎn)生Na+在25 ± 1 °C時(shí)，電導(dǎo)率為1.30×10-4 S cm-1，氧化穩(wěn)定性高達(dá)5.32 V(相對(duì)于Na+/Na)。在Na||Na3V2(PO4)3紐扣電池配置中測(cè)試準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)證明了快速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、低極化電壓和在60 mA g-1和25 ± 1 °C下超過(guò)1000個(gè)循環(huán)的穩(wěn)定循環(huán)性能，每個(gè)循環(huán)容量衰減0.0048%，最終放電容量為83.5 mAh g-1。研究成果以題為“Bioinspired design of Na-ion conduction channels in covalent organic frameworks for quasi-solid-state sodium batteries”發(fā)表在知名期刊Nature Communications上。

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5：中南大學(xué)梁叔全&曹鑫鑫Nano Energy：通過(guò)多價(jià)陰離子置換解鎖氟磷酸鹽正極中快速且穩(wěn)健的儲(chǔ)鈉性能

中南大學(xué)梁叔全教授和曹鑫鑫副教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)SiO44-取代NVPOF中的PO43-，在NVPOF中獲得了非凡的Na+儲(chǔ)存性能。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明，這種陰離子置換策略可以優(yōu)化電子導(dǎo)電性，并拓寬離子傳輸通道，獲得更快的荷質(zhì)擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)。同時(shí)，SiO44-的引入增強(qiáng)了材料的晶體結(jié)構(gòu)，可支撐高度可逆的雙電子反應(yīng)，并提高平均放電電壓和能量密度。因此，NVPOFSi0.05正極表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能(30 C時(shí)為75.5 mA h g-1)，在長(zhǎng)循環(huán)下(10 C，1000次循環(huán))幾乎沒(méi)有產(chǎn)生容量損失。NVPOFSi0.05正極和商業(yè)硬碳負(fù)極組裝的鈉離子全電池具有高能量密度(280 W h kg-1)和優(yōu)異的長(zhǎng)循環(huán)性能(5 C下300次循環(huán)后保持92.3%的容量)。這種陰離子摻雜策略為開(kāi)發(fā)先進(jìn)的SIB正極材料提供了新的思路。

相關(guān)研究文章以“Unlocking Rapid and Robust Sodium Storage of Fluorophosphate Cathode via Multivalent Anion Substitution”為題發(fā)表在Nano Energy上。

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6：山東理工&南開(kāi)：高熵P2/O3雙相正極可充鈉電池正極材料

層狀鈉錳基氧化物可用于鈉離子電池的正極材料，但有限的初始庫(kù)侖效率(ICE)和較差的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性成為其發(fā)展受限的原因。高熵雙相Na0.7Mn0.4Ni0.3Cu0.1Fe0.1Ti0.1O1.95F0.1正極材料被報(bào)道表現(xiàn)出顯著的初始庫(kù)侖效率(ICE)、倍率性能和循環(huán)性能。原位結(jié)構(gòu)分析揭示了，在正極制備過(guò)程中通過(guò)改變燒結(jié)溫度，可調(diào)的P2/O3的比例。合成的高熵氧化物的P2/O3比為23：77(wt%)，提供了97.6%的高ICE，在800 mA g-1的電流密度下具有86.7 mAh g-1的可觀放電比容量，以及在-40至50 ℃的寬溫度范圍內(nèi)具有可觀的容量保持率。另外，基于正極的質(zhì)量，在1172 W Kg-1的功率密度下，耦合Na0.7Mn0.4Ni0.3Cu0.1Fe0.1Ti0.1O1.95F0.1和硬碳的全電池表現(xiàn)出268.3Wh kg-1的能量密度。該工作由山東理工大學(xué)的周晉教授、翁俊迎副教授聯(lián)合南開(kāi)大學(xué)的程方益教授，以標(biāo)題為：“High-entropy P2/O3 biphasic cathode materials for wide-temperature rechargeable sodium-ion batteries”發(fā)表在Energy Storage Materials上。

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7：最新Nature Energy：鋰/鈉離子電池過(guò)渡金屬氧化物中氧的離域電子空穴

英國(guó)牛津大學(xué)Robert A. House、Peter G. Bruce教授課題組通過(guò)利用帶狀有序Na0.6[Li0.2Mn0.8]O2中被抑制的過(guò)渡金屬重排來(lái)捕獲O2-在O2形成之前的電子空穴的性質(zhì)。研究人員發(fā)現(xiàn)，在過(guò)渡金屬層中形成的電子空穴是在與兩個(gè)Mn(O-Mn2)配位的氧化物離子上離域的。進(jìn)一步地，本工作追蹤這些離域的空穴態(tài)，因?yàn)樗鼈冊(cè)谝欢螘r(shí)間內(nèi)逐漸以捕獲分子O2的形式在結(jié)構(gòu)中局域。如果要實(shí)現(xiàn)真正可逆的高壓O-氧化還原正極，確定氧化物離子上空穴態(tài)的性質(zhì)是很重要的。相關(guān)論文以題為：“Delocalized electron holes on oxygen in a battery cathode”發(fā)表在Nature Energy上。