| 查看: 3458 | 回复: 10 | |||
| 当前只显示满足指定条件的回帖，点击这里查看本话题的所有回帖 | |||
新手已上路木虫 (职业作家)
|
[交流]
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 已有10人参与
|
||
|
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。 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。 在认识了隧道结构中各个过渡金属的占位和价态以及电荷补偿机制的基础上，博士生徐淑银和研究员胡勇胜等提出了一种正极材料设计方法（如图3所示），将具有高电位的Fe4+/Fe3+氧化还原电对引入到Ti取代的样品的放电态Na0.61[Mn0.61Ti0.39]O2中，设计出了空气中稳定、具有高钠含量、基于Fe的隧道型氧化物正极材料Na0.61[Mn0.27Fe0.34Ti0.39]O2。谷林通过高分辨球差校正电镜确定了该材料中的各原子占位及其充放电过程中结构的变化。该正极材料在2.5-4.2 V电压范围内，其首周可逆容量可达90 mAh/g，同时表现出了较高的放电电压（3.56 V）；M04组副研究员杨海涛及研究员成昭华采用穆斯堡尔谱证实了充放电过程中Fe4+/Fe3+氧化还原电对参与电化学反应，这是首次在隧道型氧化物中实现Fe4+/Fe3+氧化还原电对的可逆转变。使用该正极和硬碳负极组装的非水钠离子全电池的能量密度可达224 Wh/kg（根据正负极质量之和计算得到），显示了较好的倍率及循环性能（图4）。更为重要的是，该材料中所使用的元素Na、Fe、Mn、Ti均在地壳中含量丰富、环境友好，适合发展大规模储能用钠离子电池。 此外，博士生王跃生和研究员胡勇胜等还设计出了电压相对较低的隧道型氧化物正极材料Na0.66[Mn0.66Ti0.34]O2，可以用作水溶液钠离子电池正极材料，与碳包覆NaTi3(PO4)3/C负极材料组装的水溶液钠离子全电池，平均输出电压约为1.2 V，显示了优异的倍率和循环性能（图5）。 相关研究结果发表在Nat. Commun. 2015, 6: 6401, Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1501156和Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1501005上。该系列工作得到了国家自然科学基金委优秀青年基金、科技部“863”创新团队项目、基金委创新群体和中国科学院百人计划的支持。 |
回复此楼» 本帖已获得的红花（最新10朵）
nanobox» 猜你喜欢
今年面上没有消息，想来是没了，散个金攒攒人品，为明年祈福
已经有698人回复
-
合肥工业大学854仪器技术综合专业课考研
已经有0人回复
-
物理化学论文润色/翻译怎么收费?
已经有251人回复
-
27年电化学博士毕业，想找海外QS前50的高校读博后求推荐
已经有3人回复
-
27年电池/材料类博士申请
已经有2人回复
-
2027年博士申请或转博科研助理 求推荐
已经有1人回复
-
请问谁有2025最新影响因子Excel表？金币求助！
已经有53人回复
-
氯化钠与有机磺酸分离
已经有1人回复
-
瑞典-博后-固态电池-粘结剂-锂离子电池方向
已经有53人回复
-
广东省面上有什么动态么，啥时候公布呀？
已经有0人回复
» 本主题相关商家推荐: (我也要在这里推广)
» 本主题相关价值贴推荐，对您同样有帮助:
- 储能电池如何支撑新能源发展
已经有1人回复
1882070224
铁杆木虫 (正式写手)
- 应助: 3 (幼儿园)
- 金币: 7170.3
- 散金: 42
- 红花: 4
- 帖子: 804
- 在线: 353.5小时
- 虫号: 1054714
- 注册: 2010-07-09
- 性别: GG
- 专业: 电化学
6楼2015-12-05 13:11:59
3楼2015-12-04 12:59:12
michael184
木虫 (著名写手)
- 应助: 1 (幼儿园)
- 金币: 4024.8
- 散金: 70
- 红花: 3
- 帖子: 1358
- 在线: 1378.9小时
- 虫号: 347392
- 注册: 2007-04-16
- 专业: 无机非金属类光电信息与功
5楼2015-12-05 12:58:04
生死一念间
木虫 (小有名气)
- 应助: 0 (幼儿园)
- 金币: 2517.9
- 散金: 974
- 红花: 4
- 帖子: 68
- 在线: 160.3小时
- 虫号: 1132290
- 注册: 2010-10-26
- 专业: 其他无机非金属材料
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
|
附上篇Nano Energy的文章，也是隧道型氧化锰的，做钠电池的原位TEM的。 http://www.sciencedirect.com/sci ... i/S2211285515004644 这两个隧道结构的锰氧化物的区别是什么？请指教 |
» 本帖附件资源列表
-
欢迎监督和反馈：小木虫仅提供交流平台，不对该内容负责。
本内容由用户自主发布，如果其内容涉及到知识产权问题，其责任在于用户本人，如对版权有异议，请联系邮箱：xiaomuchong@tal.com - 附件 1 : Tunnel_MnO2-in_situ_TEM_of_Na_insertion.pdf
2016-01-21 11:11:39, 3.08 M
7楼2016-01-21 11:12:14
