Small Methods: 室温钠离子电池用复合结构电极材料

随着化石燃料的大量燃烧,和环境问题的日益加重。人们对于新型清洁能源的需求日益迫切。风能,太阳能等清洁型能源虽然没有污染,取用方便。然而这些能源均属于间歇性能源,难以直接应用到人们的日常生活中。因此,储能材料的研究开发和应用迫在眉睫。可充电型锂离子电池已经广泛的应用于人们现代化生活的各个领域,包括充电器,笔记本等便携式电子设备。然而由于锂资源的储量不丰富以及资源分布不均,可替代型钠离子电池受到了科学家广泛的关注。科学家对钠离子电池电极材料的研究已经具有了超过30年的历史,已开发的钠离子电池用电极材料主要有过渡金属层状氧化物,隧道型结构材料,聚阴离子型材料以及普鲁士蓝类似物等。然而这些材料绝大部分属于单一结构材料,每类材料都具有明显的优缺点,难以满足现在社会高速发展的需求。近些年来,复合结构材料越来越多的应用于钠离子电池之中,受到学术界和企业界的重视。该类材料主要由两个或多个晶体结构通过原子级别复合,实现了多结构的优势互补,从而使钠离子电池的综合电化学性能得到明显的提高。

北京工业大学的尉海军教授课题组,多年来一直从事于先进电池材料与器件的研究,尤其是在复合结构电极材料的结构设计、结构解析、结构调控和多结构电化学反应机制方面形成了研究特色。通过对近些年来钠离子电池复合结构材料工作的研究与总结,发表名为“Composite-structure Materials for Na-ion Batteries”的前瞻性综述文章。系统总结与回顾了钠离子电池用复合结构材料的起源与发展。文章首先对钠离子电池材料的结构进行了总结与归类(包括P2,P3,O3和隧道型结构),介绍了复合结构的起源和初期的工作(包括层状结构与层状结构的复合和层状结构与隧道型结构的复合)以及其相比于传统单一结构材料所表现出来的优势。然后深入讨论了钠离子电池复合结构材料的结构设计,结构调控,电化学性能优化以及反应机理分析。同时文章也概括了应用于钠离子电池的其他复合结构材料,并对未来在钠离子电池中应用的复合结构材料做出来了前瞻性展望。该文章不仅总结与回顾了复合结构在钠离子电池中的发展,同时也构建了二次电池复合结构电极材料研究体系,对钠离子电池包括未来新型电池领域均具有指导意义。

相关综述文章以“Composite-structure Materials for Na-ion Batteries”为题发表在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201800205)上。

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