钠离子电池最新成果！

2023-09-21 09:22:54 来源：材料人

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简介：材料人网产品板块致力于收录有价值的新材料成果。近期产品库收录的关于钠离子电池的新思路、新方法如下，部分成果摘录自高校及科研单位官网报道。

材料人网产品板块致力于收录有价值的新材料成果。近期产品库收录的关于钠离子电池的新思路、新方法如下，部分成果摘录自高校及科研单位官网报道。

1：Nat. Commun.：阳离子捕获策略实现高比能/长周期水系钠离子电池

中山大学王成新教授和杨功政副教授联合提出了一种表面阳离子原位捕获策略，能够很好地解决了正极结构不稳定和电池循环稳定性差的问题。该在高浓度NaCl基水溶液中引入Na4Fe(CN)6作为支撑盐，以填补循环过程中由铁取代的普鲁士蓝Na1.58Fe0.07Mn0.97Fe(CN)6·2.65H2O(NaFeMnF)正极材料中形成的表面Mn空位。研究表明，NaMnF在充电过程中逐渐由单斜相转变为立方相，最终相变为四方相。在立方-四方相变过程中，高自旋Mn3+离子导致的JT效应引起Mn的歧化反应，使得部分锰以Mn2+离子溶解于电解液中。当向电解液中引入微量的亚铁氰化钠作为添加剂，在充电过程中Fe(CN)64−电迁移至正极表面，能够捕获表面溶解的锰离子并原位快速成核、外延生长出NaMnF，从而在源头上消除了正极结构退化的隐患。所制备的水系钠离子电池在0.5 A g−1下的比能量为94 Wh kg−1，在2 A g−1下循环15,000次后的放电容量保持率为73.4%。研究成果以题为“Enabling long-cycling aqueous sodium-ion batteries via Mn dissolution inhibition using sodium ferrocyanide electrolyte additive”发表在知名期刊Nature Communications上。

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2：郑州大学Nature子刊：桥接多尺度界面以开发离子导电高压含硫酸铁钠基电池正极

郑州大学陈卫华教授课题组提出Na2.26Fe1.87(SO4)3多尺度界面工程，异质结构和晶面被调整以提高Na离子存储性能。物理化学表征和理论计算表明Na6Fe(SO4)4异质结构相通过致密钠离子迁移通道和降低能垒来促进离子动力学。Na2.26Fe1.87(SO4)3的(11)面促进了电解液ClO4-阴离子和氟代碳酸亚乙酯分子的吸附，在正极形成富含无机物的Na离子导电界面。当在实验室规模的单层软包电池配置中与预先处理的FeS/碳基负极结合进行测试时，发现基于Na2.26Fe1.87(SO4)3的正极可实现约83.9 mAh g-1的初始放电容量，在24 mA g-1和 25℃下进行40个循环后，平均电池放电电压为2.35 V，比容量保持率为97%左右。

郑州大学陈卫华教授等人将此工作以“Bridging multiscale interfaces for developing ionically conductive high-voltage iron sulfate-containing sodium-based battery positive electrodes”为题发表在顶级综合性期刊《Nature Communications》上。

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3：赵乃勤教授ESM：用于持久可逆钠离子电池的界面掺杂

在理论计算的指导下，天津大学赵乃勤教授团队设计了界面掺杂工程，由Co掺杂的MoS2(Co-MoS2)和N掺杂的石墨烯(NG)组成的新型界面在放电过程中具有优异的导电性和Na+吸附能力。此外，所揭示的Na2S-Mo(Co)/NG界面极大地有利于Na2S在充电过程中的分散、吸附和分解以及整体电导率。电化学表征技术系统地证明了锚定在三维氮掺杂碳(Co-MoS2/3DNC)复合材料上的钴掺杂MoS2中Co-MoS2/NG界面良好的双向反应动力学。因此，Co-MoS2/NG界面能够实现有效的可逆转化反应。Co-MoS2/3DNC在1 A g-1的电流密度下表现出良好的倍率性能和1500次循环的良好长期循环稳定性。本研究为设计高可逆和耐用的转化型复合阳极的界面掺杂工程提供了新的见解。研究成果以题为“Engineering the interfacial doping of 2D heterostructures with good bidirectional reaction kinetics for durably reversible sodium-ion batteries”发表在知名期刊Energy Storage Materials上。

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4：Nat. Commun.：准固态钠电池中钠离子传导通道的仿生设计

中国石油大学的范壮军教授、刘征博士及燕友果教授以细胞膜的生物离子通道为灵感，开发了一种-COO-修饰的COF作为Na+准固态电解质(QSSE)。研究表明，这种准固态电解质具有由相邻的-COO-基团和COF内壁形成的亚纳米Na+传输区(6.7-11.6 Å)，可实现Na+沿着亚纳米尺寸的电负性区域传输，从而产生Na+在25 ± 1 °C时，电导率为1.30×10-4 S cm-1，氧化稳定性高达5.32 V(相对于Na+/Na)。在Na||Na3V2(PO4)3纽扣电池配置中测试准固态电解质证明了快速反应动力学、低极化电压和在60 mA g-1和25 ± 1 °C下超过1000个循环的稳定循环性能，每个循环容量衰减0.0048%，最终放电容量为83.5 mAh g-1。研究成果以题为“Bioinspired design of Na-ion conduction channels in covalent organic frameworks for quasi-solid-state sodium batteries”发表在知名期刊Nature Communications上。

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5：中南大学梁叔全&曹鑫鑫Nano Energy：通过多价阴离子置换解锁氟磷酸盐正极中快速且稳健的储钠性能

中南大学梁叔全教授和曹鑫鑫副教授团队通过SiO44-取代NVPOF中的PO43-，在NVPOF中获得了非凡的Na+储存性能。理论计算和实验分析结果表明，这种阴离子置换策略可以优化电子导电性，并拓宽离子传输通道，获得更快的荷质扩散动力学。同时，SiO44-的引入增强了材料的晶体结构，可支撑高度可逆的双电子反应，并提高平均放电电压和能量密度。因此，NVPOFSi0.05正极表现出优异的倍率性能(30 C时为75.5 mA h g-1)，在长循环下(10 C，1000次循环)几乎没有产生容量损失。NVPOFSi0.05正极和商业硬碳负极组装的钠离子全电池具有高能量密度(280 W h kg-1)和优异的长循环性能(5 C下300次循环后保持92.3%的容量)。这种阴离子掺杂策略为开发先进的SIB正极材料提供了新的思路。

相关研究文章以“Unlocking Rapid and Robust Sodium Storage of Fluorophosphate Cathode via Multivalent Anion Substitution”为题发表在Nano Energy上。

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6：山东理工&南开：高熵P2/O3双相正极可充钠电池正极材料

层状钠锰基氧化物可用于钠离子电池的正极材料，但有限的初始库仑效率(ICE)和较差的结构稳定性成为其发展受限的原因。高熵双相Na0.7Mn0.4Ni0.3Cu0.1Fe0.1Ti0.1O1.95F0.1正极材料被报道表现出显著的初始库仑效率(ICE)、倍率性能和循环性能。原位结构分析揭示了，在正极制备过程中通过改变烧结温度，可调的P2/O3的比例。合成的高熵氧化物的P2/O3比为23：77(wt%)，提供了97.6%的高ICE，在800 mA g-1的电流密度下具有86.7 mAh g-1的可观放电比容量，以及在-40至50 ℃的宽温度范围内具有可观的容量保持率。另外，基于正极的质量，在1172 W Kg-1的功率密度下，耦合Na0.7Mn0.4Ni0.3Cu0.1Fe0.1Ti0.1O1.95F0.1和硬碳的全电池表现出268.3Wh kg-1的能量密度。该工作由山东理工大学的周晋教授、翁俊迎副教授联合南开大学的程方益教授，以标题为：“High-entropy P2/O3 biphasic cathode materials for wide-temperature rechargeable sodium-ion batteries”发表在Energy Storage Materials上。

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7：最新Nature Energy：锂/钠离子电池过渡金属氧化物中氧的离域电子空穴

英国牛津大学Robert A. House、Peter G. Bruce教授课题组通过利用带状有序Na0.6[Li0.2Mn0.8]O2中被抑制的过渡金属重排来捕获O2-在O2形成之前的电子空穴的性质。研究人员发现，在过渡金属层中形成的电子空穴是在与两个Mn(O-Mn2)配位的氧化物离子上离域的。进一步地，本工作追踪这些离域的空穴态，因为它们在一段时间内逐渐以捕获分子O2的形式在结构中局域。如果要实现真正可逆的高压O-氧化还原正极，确定氧化物离子上空穴态的性质是很重要的。相关论文以题为：“Delocalized electron holes on oxygen in a battery cathode”发表在Nature Energy上。