综述:钠离子电池的电极基础与反应机理

由于日益发展的能源市场需求,钠离子电池有望成为大规模应用的储能设备。相比于成熟的锂离子电池,钠离子电池可能具有较低的,但仍然可观的能量密度。再加上地球上丰富的钠元素资源,使得钠离子电池非常适合电网储能这一类对能量密度和成本控制都有较高要求的储能应用。近年来钠离子电池的研究迅速发展,很多电池材料都取得了突破性的进展。但离实际应用还有一段距离。克服电池材料中仍然存在的问题是进一步发展的当务之急。

近日,新加坡南洋理工大学徐梽川教授课题组在Small期刊上发表题为“Understanding Fundamentals and Reaction Mechanisms of Electrode Materials for Na-Ion Batteries”的综述。该综述从钠离子电池电极材料的热力学基础及选用标准出发,系统介绍了正负极材料的发展现状、钠离子嵌插机理和面对的挑战。在电极材料的研究上,除了能量密度、功率密度和循环寿命,还需考虑能量效率、安全性、环境友好性以及成本。在研究中,需充分考虑常用的以钠为负极的半电池的局限性,理解半电池中库伦效率所代表的钠离子的不可逆嵌插和电解液分解的意义。在正极材料方面,该综述对主要的层状氧化物、聚阴离子化合物和有机化合物做了介绍。在负极材料方面,分析了碳材料、钛基材料、合金材料、转化反应类材料和有机化合物五类材料。改综述从钠离子嵌插机理和反应机理出发,指出了各材料的局限性,讨论了改性空间和改性方向。该文发表在Small(DOI :10.1002/smll.201703338)上。