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材料科學與工程學院在鈉離子電池正極材料領域取得重大研究進展

作者:刘雪华  来源:材料科学与工程学院  编辑:郭书君    时间:2021-06-01    浏览:

新聞網訊 因受锂、钴等資源的限制,锂離子電池在大型儲能領域應用面臨嚴峻挑戰。鈉資源豐富,可以說取之不盡用之不竭,因而鈉離子電池近幾年獲得快速發展。近日,能源與環境材料研究院張建生博士後(合作導師趙修松教授)在鈉離子正極材料研究方向取得突破性進展,發明了一種通過控制反應物化學計量比的簡單方法制備具有鈉離子超導體(NASICON)結構的聚陰離子類鈉離子電池正極材料Na3TiMn(PO4)3,相關工作在美國化學會期刊ACS Energy Letters(影響因子19.003)上發表(doi/10.1021/acsenergylett.1c00426)。

Na3TiMn(PO4)3因錳離子的高電壓氧化還原電對具有極大實用前景。然而,該材料在充放電過程中存在嚴重的電壓滯後現象,降低了材料的儲鈉性能和電池能量密度。在本工作中,作者提出了在Na3TiMn(PO4)3中鈉離子/錳離子之間的混排是導致電壓滯後現象的根本原因,通過實驗證明了這一想法。發現通過在反應物中加入過量鈉能有效抑制離子混排,從而極大改善了該材料的儲鈉性能。與使用化學計量比合成的樣品相比,電池的能量效率由85%提升至95%。此外,使用這種非化學計量比合成的材料還展現出穩定的充放電循環性能,經2000次循環,儲鈉容量衰減低于9%,這是目前已報道的錳基聚陰離子類鈉離子電池正極材料的最優值。本工作爲鈉離子電池的商業化提供了一種簡單、低成本的正極材料制備方法;同時,該方法也爲改善其它聚陰離子類二次電池正極材料提供了一種嶄新路線。


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