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    天津师范大学揭示了经典钠离子电池负极材料中异常阴离子氧化还原机制

    发布日期:2021-02-03 18:22 化学论文

    传统金属氧化物阴极材料在充放电过程中,伴随着碱金属(锂、钠、钾等)的嵌入/脱嵌。)离子,需要过渡金属提供电荷补偿,即在得失电子之间发生氧化还原反应,能转移的电子数是阴极材料比充放电容量的主要限制因素之一。近年来,随着对材料充放电过程和反应机理认识的深入,发现过去试图避免的阴离子(大部分是氧)的氧化还原可以可逆地进行,为阴极材料提供比传统机理更高的能量。然而,依赖这种机制的材料通常存在电压滞后、首次库仑效率低、动态性能差等严重问题,制约了其实际应用。Na2/3Ni1/3Mn2/3O2是钠离子电池的经典负极材料,在特定的充放电区间内几乎没有电压滞后,初始效率高,动态性能优异。其中Ni是二价的,可以氧化成四价,可以补偿2/3 Na离子的电荷转移。此外,这种材料高度可逆的充放电行为使人们长期以来认为只有Ni氧化还原反应参与电荷补偿。

    本文利用基于同步辐射的共振非弹性X射线散射光谱和X射线吸收光谱分析了阴阳离子在充放电过程中的价态变化,发现可逆阴离子氧化还原在其中起着极其重要的作用。这一颠覆传统认知的重要研究发现,将启发人们进一步利用其机制提高同类材料的电压和容量的可逆性,从而有望开发出更具实用性的新型阴极材料。

    《Nano Energy》是能源与材料化学领域重要的国际学术期刊之一,也是中国科学院第一区TOP期刊。本论文第一作者和通讯作者为我校化学学院戴副教授,第一单位为天津师范大学,合作者为美国劳伦斯柏克莱国家实验室研究员和杨万里研究员。


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