鈉電池近期突破有哪些？
發(fā)布時(shí)間：2024-01-29 來源：未知 分享到：
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在充電過程中逐漸由單斜相轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎较?，最終相變?yōu)樗姆较?。在立?四方相變過程中，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。鄭州大學(xué)Nature子刊：橋接多尺度界面以開發(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)相通過致密鈉離子遷移通道和降低能壘來促進(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。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。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。中南大學(xué)梁叔全&曹鑫鑫Nano Energy：通過多價(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。山東理工&南開：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，在正極制備過程中通過改變燒結(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。
最新Nature Energy：鋰/鈉離子電池過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教授課題組通過利用帶狀有序Na0.6[Li0.2Mn0.8]O2中被抑制的過渡金屬重排來捕獲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。
