高性能钠离子电池正极用单晶Na1.1V3O7.9纳米带

钠离子电池因具有钠资源丰富、分布广泛、成本低廉等优点,有望在大规模可再生能源储能领域得到广泛应用。碱金属钒酸盐,如Na1.1V3O7.9,因具有理论比容量高和有利于钠离子存储和传输的层状结构等优点,被认为是一类新型钠离子电池正极材料。但因存在高效合成、纯度和形貌的控制等方面的不足, Na1.1V3O7.9在钠离子电池中应用的研究仍非常少。

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中国科学院长春应用化学研究所张新波研究员课题组利用简单高效的水热及低温热处理方法,制备了纯相的Na1.1V3O7.9单晶纳米带。其作为室温钠离子电池正极材料时,首次放电容量高达173mA h/g,在50 mA/g电流密度下具有超过190次的循环稳定性,并且当电流密度由25 mA/g增加到500 mA/g时,容量衰减缓慢。

Na1.1V3O7.9单晶纳米带所表现出的优异电化学性能得益于其所具有的独特微观和宏观优势:(1) Na1.1V3O7.9具有层状结构,有利于钠离子的快速嵌入和脱出,同时还可以为钠离子的存储提供更多的空间;(2)相较于块体材料,一维纳米材料具有大的比表面积,能为电化学反应提供更多的活性位点,同时还可以缩短离子和电子的传输路径,从而提高电池的容量和倍率性能;(3)纳米材料较能够适应钠离子嵌入和脱出产生的体积变化,保证了电极结构的稳定,从而提高电池的循环寿命。

作者还通过GITT,非原位XRD以及XPS等方法阐明了材料的电化学反应机理,进一步说明了Na1.1V3O7.9纳米带作为钠离子电池正极材料的可行性,为下一代高性能钠离子电池的开发提供了正极方面的新的候选者。相关研究结果近期发表在Advanced Science(Adv. Sci., 2015, DOI: 10.1002/advs.201400018)上