中國儲能網(wǎng)訊：31日，記者從湘潭大學(xué)獲悉，該校化學(xué)學(xué)院劉黎教授團(tuán)隊，聯(lián)合南京航空航天大學(xué)和南開大學(xué)科研團(tuán)隊，從晶體學(xué)對稱性出發(fā)，提出了一種極具突破性的“面外對稱性設(shè)計”結(jié)構(gòu)，為高性能鈉離子電池正極材料的設(shè)計提供了新范式，為鈉離子電池由實驗室研究邁向?qū)嶋H應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了重要的技術(shù)參考。相關(guān)成果日前發(fā)表于國際期刊《美國化學(xué)會志》。
鈉資源的豐富性，使鈉離子電池成為大規(guī)模、經(jīng)濟(jì)高效儲能中極具前景的選擇。但鈉離子電池在充放電過程中面臨復(fù)雜的相變和嚴(yán)重的電壓滯后問題，極大限制了其實際能量密度和循環(huán)壽命。傳統(tǒng)的改性策略多集中在對層狀氧化物材料面內(nèi)的金屬離子摻雜或無序化設(shè)計，這往往難以根治面外堆疊次序引發(fā)的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)問題。
科研團(tuán)隊從晶體學(xué)對稱性出發(fā)，揭示了鈉離子電池在調(diào)控離子傳輸動力學(xué)與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面的內(nèi)在關(guān)聯(lián)機(jī)制，提出了“面外對稱性設(shè)計”。他們通過在堿金屬層中引入電荷歧化，巧妙地誘導(dǎo)了P3型層狀氧化物材料發(fā)生單斜晶格畸變。這種畸變打破了原有晶體的對稱性，構(gòu)建了一種獨特的面外對稱性。不同于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這種新對稱性允許P型和O型鈉離子間隙位點共存，從而阻斷了氧離子的長程有序滑移，有效抑制了有害相變的發(fā)生。
研究結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)調(diào)控策略為高能效、低滯后鈉離子電池正極材料的設(shè)計與研究提供了全新途徑?；谠摬呗栽O(shè)計制備的層狀氧化物正極材料由于結(jié)構(gòu)演化被有效抑制，材料100圈循環(huán)中的平均電壓滯后僅0.16伏，同時具有高達(dá)每千克437瓦時的能量密度，在每克100毫安的電流密度下，200圈循環(huán)后容量保持率高達(dá)80.2%，遠(yuǎn)超用于對比的P3型層狀氧化物正極材料。
劉黎表示，該成果的結(jié)構(gòu)設(shè)計策略具備良好的普適性，有望拓展至其他層狀電極體系，為高性能電極材料的理性設(shè)計提供新范式。
