天津科大赵子健/松山湖实验室赵恩岳/KIT Dr. Sonia Dsoke《CEJ》：超低电压回滞的NASICON钠电正极材料
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钠离子电池(NIB)由于钠资源丰富、生产成本低、电化学循环稳定等优势，广泛应用于分布式储能等领域。然而，开发合适的电极材料以获得高能量密度和高速率的性能仍然是NIB面临的挑战，这取决于电极材料的骨架结构和氧化还原对的性质。NASICON型聚阴离子材料，如NaxM2(PO4)3 (M = V, Ti, Mn, Mg, Co, Fe)，具有共享O原子的MO6八面体和PO4四面体构建的刚性M2(PO4)3骨架组成，为Na+的插入/提取提供了稳定的三维扩散途径，千次电化学循环后结构退化可以忽略不计。因此，聚阴离子材料因其结构稳定性好、插层可逆性强而成为钠电极领域的研究热点。
成果掠影
在本研究中，作者提出Mn3+加入到NASICON型材料(Na2VTi(PO4)3)中，由于显著扩大了移动Na+离子的迁移途径，降低了氧化还原对的电压滞后。当以Na2V0.67Mn0.33Ti(PO4)3作为正极材料时，同步辐射衍射表明，在初始两个循环周期内，Na+的可逆插入/脱出是以单相-双相阶梯变化机制为主。此外，第一性原理计算证实，Mn3+改性后的NMVTP样品中Na+迁移的能垒和能带能更低。实时阻抗谱对证实稳定可逆的晶体体积变化为Na+在NMVTP电极中的快速扩散提供了足够的途径。因此，本研究的结果证实了利用NMVTP的NIB在高效储能方面的潜在应用前景。该工作以"Study on Na2V0.67Mn0.33Ti(PO4)3 electrodes with ultralow voltage hysteresis for high performance sodium-ion batteries"发表在《Chem. Eng. J.》。
数据概览
图5 利用Ag Kα1辐射(λ = 0.55941 Å)对NMVTP电极在1.5-3.8 V对Na/Na+电位范围内的第1和第2个周期进行操作SRD分析:(a) 0.1C时的恒流循环曲线;(b)晶体结构演化的瀑布图;(c-f)以及局部区域。
图7 三电极系统间歇电位下的Nyquist图(下图为Nyquist图在高频率下的放大图):(a, c)首次放电过程，OCV→3.8-1.5 V;(b, d)首次充电过程，1.5→3.8 V。
该研究工作得到了国家留学基金委、国家自然科学基金委和德国科学基金会的资助与支持。
论文链接
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894722021039
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