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    化學學院代克化副教授在《Nano Energy》撰文揭示經典鈉離子電池正極材料中的反常陰離子氧化還原機制


    發布時間:2021-01-22

    化學學院代克化副教授在《Nano Energy》上發表論文Negligible voltagehysteresis with strong anionic redox in conventional battery electrode》,揭示了經典鈉離子電池正極材料Na2/3Ni1/3Mn2/3O2中的反常陰離子氧化還原機制

    傳統的金屬氧化物正極材料充放電過程中,隨著堿金屬(鋰、鈉、鉀等)離子的嵌入/脫出,需要由過渡金屬提供電荷補償,即得失電子發生氧化還原反應,其所能夠轉移的電子數是正極材料的充放電比容量主要限制因素之一。近年來,隨著對材料充放電過程和反應機制認識的深入,人們發現過去力求避免的陰離子(絕大多數為氧)氧化還原能夠可逆進行并為正極材料提供超越傳統機制的更高能量。然而依賴該機制的材料通常也存在較為嚴重的電壓遲滯、首次庫倫效率低、動力學性能差等問題,制約了其實用化。Na2/3Ni1/3Mn2/3O2是一種經典的鈉離子電池正極材料,幾乎不存在電壓遲滯,首次效率也很高,特定充放電區間的動力學性能十分優異。其中Ni+2價并可以被氧化至+4價,恰好可以補償2/3Na脫出的電荷轉移,加之該材料高度可逆的充放電行為,使得人們長期以來就認為其充放電過程中只有Ni氧化還原反應參與電荷補償。本文利用基于同步輻射的共振非彈性X射線散射譜和X射線吸收光譜分析了其充放電過程中的陰陽離子價態變化,發現可逆的陰離子氧化還原在其中扮演了極為重要的角色。這一顛覆傳統認知的重要研究發現將啟發人們進一步利用其中的機理去改進類似材料的電壓和容量可逆性,從而有望研發出更具實用性的新型正極材料。

    Nano Energy》是國際能源與材料化學領域重要學術期刊之一,是中科院一區TOP期刊。我校化學學院代克化副教授為該論文第一作者和通訊作者,天津師范大學為第一單位,美國勞倫斯伯克利國家實驗室劉杲研究員和楊萬里研究員為共同通訊作者。

    論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104831



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