Advanced Materials:视点聚焦:纳米多晶化—促进氧化还原,丰富电池研究

近年来,纳米多晶性(NPM)已成为能量存储领域中的一个重要课题,并且有望在识别功能材料的“合成-结构-性质”关系中发挥重要作用,用于未来材料设计与电池性能增强。多晶相的组成和演化过程扮演着至关重要的角色,决定着电极材料的电化学性能,控制着电化学过程中的氧化还原转化,是影响电池性能的核心部分。

图1. 纳米多晶工程用于不同电池系统的氧化还原体系。

近日,来自澳大利亚昆士兰科技大学的孙子其课题组和澳大利亚国立大学的殷宗友课题组合作在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“Nano Polymorphism-Enabled Redox Electrodes for Rechargeable Batteries”的综述文章。该综述发表在国际知名期刊《Advanced Materials》(DOI:10.1002/adma.202004920)上,梅俊博士和王金凯为论文第一作者,孙子其教授和殷宗友副教授为共同通讯作者. 该综述首先讨论了纳米多晶性工程在可充电电池中的研究意义。随后系统性总结了针对不同类型可再充电电池氧化还原电极中的多晶化调制策略。主要目的是展示纳米多晶性是如何调节电极材料性能,影响氧化还原过程,从而改善每种电池类型的电化学活性。我们希望通过对材料的多多晶性和电化学性能进行分析可以帮助确定某些潜在的“合成-结构-性能”关系用于未来的材料设计以及电池性能增强。最后也讨论了当前的研究挑战和潜在的研究方向,为纳米多晶性工程的未来研究提供一些有益的引导。

可充电电池中的纳米多晶工程通常是通过离子取代,异质掺杂,组份优化和形态设计来实现的。总体而言,氧化还原电极的多晶工程相对复杂,因为大多数电极对外部因素非常敏感。近年来,先进的检测技术(例如同步辐照)的发展使得电极材料多晶态方面取得了较大的进展,但是直观的识别多相转变过程以及有效识别循环过程中的潜在中间相依然是一个挑战。因此,未来应进一步研究电极材料与多晶性相关的特定存储机制,并且有必要进行更多研究以揭示充放电过程中的相演化过程。总之,纳米多晶工程从相尺寸,形状和组成的角度提供新的功能特性调控战略用于提高电池的电化学性能,因此对可再充电电池的研究具有重要意义。