近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院功能薄膜材料研究中心唐永炳研究員及其團(tuán)隊(duì)成員聯(lián)合泰國(guó)國(guó)立同步輻射光源研究所成功研發(fā)出一種新型鈉離子電池正極材料。該正極材料成本低廉，并且環(huán)境友好，此項(xiàng)工作對(duì)開發(fā)低成本環(huán)保型電極材料及儲(chǔ)能器件具有重要借鑒意義。相關(guān)研究成果Alow-costandenvironmentalfriendlymixedpolyanioniccathodeforsodium-ionstorage（一種低成本且環(huán)保的混合聚陰離子型鈉離子電池正極材料）已在線發(fā)表于頂級(jí)化學(xué)綜合期刊AndewwandteChemieInternationalEdition（《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》，IF:11.994）上（Angew.Chem.Int.Edi,2019,DOI:10.1002/anie.201912272）。

傳統(tǒng)鋰離子電池（LIBs）在便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)乘用工具等領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。然而，由于鋰資源的匱乏且分布不均、以及正極材料所用鈷資源稀缺，LIBs難以滿足大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用需求。鈉離子具有與鋰相似的化學(xué)性質(zhì)，并且儲(chǔ)備豐富，因此鈉離子電池在規(guī)模化儲(chǔ)能領(lǐng)域基于重要的應(yīng)用前景。目前，限制鈉離子電池應(yīng)用的主要技術(shù)瓶頸在于缺乏合適且廉價(jià)的正極材料。主要原因在于：鈉離子具有比鋰離子更大的離子半徑，鈉離子在正極材料的脫出和嵌入相對(duì)困難，從而需要一個(gè)更為穩(wěn)定的晶體骨架以及更大的離子擴(kuò)散通道。

基于上述考慮，唐永炳研究員及其團(tuán)隊(duì)成員宋天一、姚文嬌、鄭勇平等人通過(guò)理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，成功研發(fā)出一種新型Na2Fe(SO4)(C2O4)·H2O鈉電正極材料。該鈉電正極材料表現(xiàn)了優(yōu)異的電化學(xué)可逆性和穩(wěn)定性。進(jìn)一步的原位同步輻射和XRD表征以及第一性原理計(jì)算闡明了該材料電化學(xué)活性起源于Fe2+/Fe3+氧化還原對(duì)；高的電化學(xué)穩(wěn)定性則源于該材料具有大尺寸的鈉離子遷移通道及高的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。該工作對(duì)開發(fā)新型電極材料以及促進(jìn)高效低成本電池技術(shù)發(fā)展具有重要意義。

圖1.新型鈉離子正極材料。(a)單晶材料，晶體結(jié)構(gòu)解析(b)和鈉離子擴(kuò)散路徑示意圖(c)，充放電過(guò)程中的同步輻射近邊X射線吸收譜(d)和原位XRD譜(e)。