Advanced Materials:具有超高功率的钠离子全电池

在锂资源供给日益紧张的背景之下,钠离子电池开始进入人们的视野。钠资源丰富、成本低廉,是解决电池发展所面临的资源硬约束的理想方案之一,在规模化能源存储领域中极具优势。除了钠离子电池能量密度低于锂离子电池之外,由于钠离子的半径较大,在正、负电极材料内的扩散速率低,使得钠离子电池的倍率性能差,限制了其在高功率领域的应用。研发高功率钠离子电池的关键在于制备具有高倍率储钠性能的正、负极材料,以及实现正负极材料间的动力学匹配。

近日,厦门大学魏湫龙课题组报道了能够实现超快充电与高功率输出的钠离子电池(图1)。采用钠快离子导体结构(NASICON)和连续导电网络的磷酸钒钠@无定型碳@碳纳米管(Na3V2(PO4)3@C@CNTs)为正极,中间相碳微球(MCMB)为负极,NaPF6-diglyme为电解液装配了具有超高功率密度的钠离子电池,其在10 kW/kg的高功率密度下仍具有80 Wh/kg的高能量密度。

正极材料方面,该研究发现具有NASICON结构的Na3V2(PO4)3正极的过电势和电荷转移电阻与其复合材料的导电性呈正相关。拥有高导电碳纳米管网络修饰的Na3V2(PO4)3@C@CNTs具有高的导电率,获得了低的内阻、过电势与电荷转移电阻,实现了超过1000 C的超高倍率性能。负极材料方面,MCMB负极可实现数秒级别内的超快速[Na+-diglyme]共嵌入反应,可与超高倍率Na3V2(PO4)3正极的反应动力学相匹配,进而装配得到了功率性能优异且循环寿命达5000次的钠离子电池。

图1. MCMB|Na+-diglyme|Na3V2(PO4)3@C@CNTs钠离子电池工作示意图与Ragone曲线

论文信息:

An Ultrahigh-Power Mesocarbon Microbeads|Na+-Diglyme|Na3V2(PO4)3 Sodium-Ion Battery

Qiulong Wei*, Xiaoqing Chang, Jian Wang, Tingyi Huang, Xiaojuan Huang, Jiayu Yu, Hongfei Zheng, Jin-hui Chen, Dong-Liang Peng

Advanced Materials

DOI: 10.1002/adma.202108304

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202108304