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鈉離子電池正極材料 可能取代鋰離子電池

鉅大LARGE  |  點擊量:809次  |  2021年05月17日  

鋰離子電池應(yīng)用越來越貼近百姓生活,但地球上鋰資源十分有限,且開采成本高。開發(fā)一種替代電池成為各國科學(xué)家努力的重要方向。南京理工大學(xué)夏暉教授與中外團隊合作,首創(chuàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和調(diào)控方法,在錳基正極材料研究方面取得重要進展,使低成本鈉離子電池有望取代鋰離子電池,相關(guān)成果發(fā)表。鈉資源豐富,開采費用僅為鋰的百分之一,因而鈉離子電池的研發(fā)成為科研人員爭相開墾的領(lǐng)域。而層狀結(jié)構(gòu)的錳酸鈉正極材料具有理論容量高、價格低廉及來源廣泛等優(yōu)點,使之成為鈉離子電池正極材料的熱門研究對象。


但由于錳酸鈉正極材料的層間距狹窄,充放電過程中,半徑較大的鈉離子在層間遷移時,會擠壞正極材料的結(jié)構(gòu),成為制約鈉離子電池研發(fā)的關(guān)鍵難點。除層間距外,影響鈉離子電池性能的另一重要因素為層狀結(jié)構(gòu)中的鈉離子含量。不少科研人員嘗試通過各種方法制備出了不同層狀結(jié)構(gòu)的錳酸鈉,但性能指標難以滿足實際應(yīng)用需求。
夏暉教授團隊首創(chuàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和調(diào)控方法,與中科院物理所谷林研究員及美國加州大學(xué)圣地亞哥分校孟穎教授合作,在水鈉錳礦層狀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,成功制備出兼具大層間距與高鈉離子含量的層狀納米正極材料。
這種正極材料制成的電極比容量達到211.9毫安時每克,而目前市面上流通的鋰離子電池正極材料比容量約為140毫安時每克。充放電過程中,這種正極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定無相變,體積變化僅為2%,循環(huán)充放電1000次后,比容量保持率高達94.6%,而電池行業(yè)一般的比容量保持率標準約為80%。

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