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中科院物理所等室温钠离子电池隧道型氧化物电极材料研究进展

2015-12-04 15:50来源:中科院物理研究所关键词:钠离子电池正极材料储能收藏点赞

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由于钠在地壳中储量丰富,且分布广泛;钠具有和锂相似的物理化学性质和储存机制,因此发展针对于大规模储能应用的室温钠离子电池技术具有重要的战略意义。目前所研究的电极材料主要有层状氧化物、隧道型氧化物、聚阴离子型化合物等。相对于氧化物,聚阴离子化合物合成步骤一般比较复杂,且需要碳包覆提高其电导率。而层状氧化物因吸水或与水-氧气/水-二氧化碳反应而存在稳定性问题,空气中不能长期存放;并且在电化学循环过程中存在较多的相转变过程,结构变化较大,影响长期循环稳定性。而隧道型氧化物Na0.44MnO2具有独特的S型通道(图1),保证了循环过程中的结构稳定,并且在空气和水中都非常稳定。但其缺点是首周充电容量只有可逆容量的一半,即实际可用容量只有50 mAh/g左右。

图1隧道型Na0.44MnO2氧化物的晶体结构

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)的博士生王跃生等在清洁能源实验室E01组研究员胡勇胜的指导下,首先对Ti取代的Na0.44MnO2进行了系统的研究,与A04组研究员谷林、美国布鲁克海文国家实验室教授杨晓青、博士禹习谦、韩国首尔国立大学教授Kisuk Kang以及劳伦斯伯克利国家实验室博士杨万里等合作,通过高分辨球差电镜技术、同步辐射技术及第一性原理计算精确确定了结构中Mn和Ti的占据位置以及电化学过程中承担电荷补偿的过渡金属及其位置 (图2)。Ti的替换打破了原有的Mn4+/Mn3+电荷有序性,进一步影响反应路径,从而平滑了充放电曲线,同时降低了放电电压。此外,Ti替换的样品可用作为水溶液钠离子电池的负极材料,在不除氧的条件下表现出了优异的循环性能,相关研究结果发表在 Nature Communications 2015, 6: 6401。

图2  Ti取代的Na0.44[Mn0.44Ti0.56]O2样品的球差校正高分辨电镜暗场像

及其原子分辨EELS和EDS结果

原标题:中科院物理所等室温钠离子电池隧道型氧化物电极材料研究获进展
投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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