Small Structures:钠离子电化学微型储能器件:现状及展望

微型化电化学储能器件已被广泛认为是柔性化、微型化、智能化集成电子产品(如植入式医疗器件、微型机器人、微型传感器和可穿戴柔性电子器件)的关键电源。当前最流行的微型电源是锂离子微型储能器件,但是金属锂存在资源稀缺,产地分布不均匀及成本升高等问题。相对于金属锂,钠地球储量丰富,成本低廉,与锂的电化学性能相似,因此发展钠离子电化学微型器件具有重要的应用前景。

最近,中国科学院大连化学物理研究所吴忠帅研究员和中国科学技术大学余彦教授(共同通讯作者)系统综述了钠离子电化学微型储能器件的研究现状,包括钠离子微型电池及钠离子微型电容器。该论文首先总结了钠离子微型储能器件的构型,包括二维三明治型、二维平面型(交叉指),三维堆叠型、三维平面型及纤维状等几何构型,比较了器件的不同构型对电化学储能的影响。然后重点讨论了插层、转化及合金型电极材料在微型储能器件中面临的挑战及解决方案,阐述了不同反应机理的电极材料结构与微型器件性能之间的关系。然后,详细介绍了钠离子微型电池和微型电容器的最新进展,同时强调了平面微型储能器件的基本原理及设计原则。最后,从关键电极材料设计、电解质筛选原则、器件构型调控、微电极制备技术面临的挑战,以及多功能集成微系统的未来发展趋势等方面进行了展望。

该综述论文有助于读者了解钠离子微型电池和微型电容器面临的挑战及亟待解决的关键问题,为设计高比能与多功能化的钠离子微型器件提供借鉴。相关论文“Sodium Ion Microscale Electrochemical Energy Storage Device: Present Status and Future Perspective”发表在Small Structures (DOI:10.1002/sstr.202000053)上。