Small Methods:多种先进表征技术用于钠离子电池材料研究

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随着传统化石燃料的消耗、温室气体的排放以及社会环保意识逐渐提高,风能、太阳能等可再生清洁能源的高效利用越来越受到关注。然而,可再生能源发电具有不连续、不稳定的特点;受气候、时间和地域条件的影响较大。与之带来的问题是发电可调节性差,并网困难等。因此发展可再生能源需要更加智能的电网系统与之配套。储能设备作为提高智能电网对可再生能源发电兼容性的重要手段和实现智能电网能量双向互动的中枢和纽带,是智能电网建设中的关键核心技术之一。

自商业化以来,锂离子电池已经成为当前新能源领域关注的热点。但锂资源的稀缺和全球的不均匀分布,很大程度上会限制其在大规模储能中的应用。相比之下,钠资源丰富,成本低廉,钠离子电池是非常具有发展潜力的电池体系,受到了国内外的广泛关注。与锂离子电池一样,钠离子电池主要包括正、负极,电解质和隔膜四部分。经过近些年系统的研究,已经取得了丰硕的成果。然而更高能量密度的实现仍是有待解决的核心问题。因此,借助先进的表征手段深入研究电池材料以及各部分之间的关系对其未来电池的发展极为重要。

近日,中国科学院物理研究所赵成龙、胡勇胜等系统地评述了钠离子电池材料研究中用到的多种先进的实验技术和表征方法,并有效地将电池体系中的各种动力学过程和实验技术一一对应起来。评述分类介绍了目前先进的表征手段在钠离子电池的材料结构、组成、尺寸形貌、表面和界面等部分的相关应用,并重点讨论了各表征手段的检测原理和代表性的应用实例。其中,原位表征技术的发展为深入研究钠离子电池储钠的动力学过程提供了极大的帮助。原位衍射、吸收谱技术有效地揭示了电池在充放电过程中电极材料结构的演变过程,为进一步的研究其储钠机制提供了有力的依据;原位电镜技术直观地呈现了电池各组分的界面以及界面的变化过程,为优化电池系统的性能和安全性提供了参考。辅助于快速发展的理论计算等手段,钠离子电池的相关研究工作得到了极大的提升。除此之外,多种表征技术的有效组合也更加全面地增加了对钠离子电池储能机理的理解。虽然钠离子电池的研究还面临着一些挑战,但借助于先进的表征手段将进一步加深对它的认识,为后续提高电池性能提供了指导。相关文章发表在Small Methods(DOI: 10.1002/smtd.201600063)上。

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