我校夏晖团队钠离子电池最新研究成果发表在《自然·通讯》

2018-12-03 08:59:02来源:材料学院/格莱特研究院作者:朱晓辉编辑:陈育凡阅读:2398设置

1130日,国际顶级综合性期刊《自然通讯》(Nature Communications)刊登了我校材料学院/格莱特研究院夏晖教授团队在面向钠离子电池的锰基正极材料的重要研究成果,论文题名为:A monoclinic polymorph of sodium birnessite for ultrafast and ultrastable sodium ion storage (一种具有单斜多面体结构的水钠锰矿用于超快和超稳定的钠离子存储),夏晖教授为该论文的第一及通讯作者,博士生朱晓辉、刘吉梓博士为共同一作,我校材料学院/格莱特研究院为第一完成单位及通讯单位,合作者中科院物理所的谷林教授以及美国加州大学圣地亚哥分校的孟颖教授为论文的共同通讯作者。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-07595-y

由于地球上锂的资源有限价格不断上涨,而钠的资源丰富且成本低廉,低成本的钠离子电池将来有望取代锂离子电池在电动汽车、电动船、家庭储能、大规模电网储能等众多领域获得应用。然而由于钠离子半径较大,在正极材料中嵌入/脱出动力学过程较慢,且会造成结构破坏,使得高性能正极材料的设计成为钠离子电池开发的关键和难点。层状结构的NaxMnO2正极材料,具有理论容量高、价格低廉及来源广泛等优点,因此研究受到了广泛的关注。但目前报道的O3-P2-NaxMnO2正极材料层间距较窄,且晶格容易发生畸变,导致循环性能和倍率性能较差,难以满足应用需求。本工作在水钠锰矿(birnessite)结构的基础上,成功制备出一种不含结晶水、具有新型多面体(polymorph)结构和较大层间距(~0.7 nm)的层状NaMnO2–y–δ(OH)2y纳米正极材料。该单斜层状材料NaMnO2–y–δ(OH)2y是由Na/Mn(OH)8六面体和Na/MnO6八面体共同组成的多晶结构,充放电过程无相变发生,体积变化仅为2%,所得电极的比容量高达211.9 mAh g-1,在50 C下的比容量为156.0 mAh g-110 C下循环1000次后其比容量保持率高达94.6%,其倍率性能和循环性能大幅度超越了之前报道的锰基正极材料,对于钠离子电池具有较好的应用前景。本工作对钠离子电池层状正极材料的结构设计和调控提供了新的思路和策略。

该工作得到了国家自然科学基金面上项目(51572129)和国家重点基础研究发展计划项目(2016YFE0111500)的支持。

图为新型层状NaMnO2–y–δ(OH)2y纳米正极材料充放电过程的结构变化示意图



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