深圳先進院等研發出新型低成本環保鈉電正極材料

科研信息網 劉洋 2019-10-25 15:20:03
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  近日,中國科學院深圳先進技術研究院功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其團隊成員聯合泰國國立同步輻射光源研究所成功研發出一種新型鈉離子電池正極材料。該正極材料成本低廉,并且環境友好,此項工作對開發低成本環保型電極材料及儲能器件具有重要借鑒意義。相關研究成果A low-cost and environmental friendly mixed polyanionic cathode for sodium-ion storage(《一種低成本且環保的混合聚陰離子型鈉離子電池正極材料》)已在線發表于《德國應用化學》上(Angew. Chem. Int. Edi, 2019, DOI: 10.1002/anie.201912272)。

  傳統鋰離子電池(LIBs)在便攜式電子設備、電動乘用工具等領域取得了廣泛的應用。然而,由于鋰資源的匱乏且分布不均以及正極材料所用鈷資源稀缺,LIBs難以滿足大規模儲能領域的應用需求。鈉離子具有與鋰相似的化學性質,并且儲備豐富,因此鈉離子電池在規模化儲能領域具有重要的應用前景。目前,限制鈉離子電池應用的主要技術瓶頸在于缺乏合適且廉價的正極材料。主要原因在于:鈉離子具有比鋰離子更大的離子半徑,鈉離子在正極材料的脫出和嵌入相對困難,從而需要一個更為穩定的晶體骨架以及更大的離子擴散通道。

  基于上述考慮,唐永炳及其團隊成員宋天一、姚文嬌、鄭勇平等人通過理論計算與實驗相結合,成功研發出一種新型Na2Fe(SO4)(C2O4)·H2O 鈉電正極材料。該鈉電正極材料表現了優異的電化學可逆性和穩定性。進一步的原位同步輻射和XRD表征以及第一性原理計算闡明了該材料電化學活性起源于Fe2+/Fe3+ 氧化還原對;高的電化學穩定性則源于該材料具有大尺寸的鈉離子遷移通道及高的晶體結構穩定性。該工作對開發新型電極材料以及促進高效低成本電池技術發展具有重要意義。

  論文鏈接

  圖:新型鈉離子正極材料。(a) 單晶材料,晶體結構解析(b)和鈉離子擴散路徑示意圖(c),充放電過程中的同步輻射近邊X射線吸收譜(d)和原位XRD譜(e)。