南京大学：“钉扎效应”助力零应变钠离子电池层状正极材料|能源学人 2024-07-30 06:01:26 【研究背景】钠离子电池被广泛认为是大规模储能的有利候选者。作为钠离子电池重要的组成部分，正极占据了整个电池约三分之一的成本，同时决定着整个电池的输出电压、容量和安全性。在众多的钠离子电池正极材料中，具有高容量、丰富元素、灵活组分和易于规模化制备的层状氧化物受到广泛关注。但是，在脱钠状态下，过渡金属层间的强相互作用触发的过渡金属层板滑移会导致材料晶体结构的重排，进而影响电化学稳定性。通常，这种不利的结构重排会引起材料内部较大的应力及随后的层状结构的坍塌，并最终反映在电化学性能的恶化上。【工作介绍】在合金材料科学领域，这种材料结构失效也很常见。“钉扎效应”在合金材料领域被广泛应用来增强材料的强度/韧度。掺杂适量的金属和非金属元素作为钉扎点来抑制结构中不利的位错滑移，例如非金属元素碳和氧与金属元素钆和锌等。在本工作中，作者报告了通过引入Fe作为钉扎点，并通过可控调控Fe钉扎点的含量来优化层状正极材料的结构稳定性和电化学性能。原子级分辨的扫描透射电子显微镜（STEM）和XRD分别揭示了Na0.67Mn0.5Co0.5-xFexO2 (x = 0, 0.1 and 0.2)中Fe钉扎在钠层和晶格参数的异常变化。具有2.5%的Fe钉扎Na0.67Mn0.5Co0.4Fe0.1O2 (NMCF0.1)表现出比没有Fe钉扎的Na0.67Mn0.5Co0.5O2 (NMC)和具有7.3%的Fe钉扎Na0.67Mn0.5Co0.3Fe0.2O2 (NMCF0.2)更优的电化学性能。该文章发表在国际顶级期刊Angewandte Chemie International Edition上。南京大学郭少华教授、王鹏教授和周豪慎教授为该文章的共同通讯作者，博士后褚世勇和博士生张纯臣为本文共同第一作者。【内容表述】 图1. （a）没有（左）和有（右）过渡金属（TM）钉扎在钠层的层状正极材料，其中蓝色球和红色球分别代表TM和氧。钠层中钉扎的多价态TM（深蓝色球）比Na表现出与晶格氧更强的相互作用，因此钉扎的TM在钠层可以提高层状正极材料的结构和热力学稳定性。（b）NMCF0.1样品的XRD图谱和对应的精修图。（c）NMC，NMCF0.1和NMCF0.2样品晶格参数a/b（黑色柱形图）和c（红色柱形图）的比较。 图2. （a）NMC，（b）NMCF0.1和（c）NMCF0.2样品沿[100]晶带轴的原子级的STEM-HAADF图。（d）NMC，（e）NMCF0.1和（f）NMCF0.2样品分别对应的图（a-c）中虚线区域的线性扫描图，其中明显的峰对应着在TM层中的TM，箭头所指区域代表钠层钉扎的Fe。（g）NMCF0.1的STEM-HAADF图和对应的原子级EDS元素分布图。（h）NMC，（i）NMCF0.1和（j）NMCF0.2的GPA应力分布图。 图3. （a）NMC，（b）NMCF0.1和（c）NMCF0.2的GITT曲线和对应的钠离子扩散系数。NMC，NMCF0.1和NMCF0.2的（d）倍率和（e）循环性能。（f）NMCF0.1在10C电流密度下的长循环性能。 图4. （a）NMCF0.1电极在1.5-4.0 V电压区间和0.2C电流密度下的原位XRD图。（b）充放电过程中晶格参数a/b（粉色点），c（绿色点）和V（蓝色点）的变化。（c）充放电过程中，NMCF0.1，LiCoO2，LiFePO4，几种典型储钠正极材料和两种典型储钠负极材料(P2-Na0.66Li0.22Ti0.78O2和O3-Na0.73Li0.36Ti0.73O2)。（d）三个电极在从电至4.0 V时的DSC曲线。基于DSC曲线，三个样品的（e）放热反应峰位置和（f）产热量。【结论】该工作中，作者在层状正极材料中通过精确调控钠层中钉扎的Fe含量获得零应变钠离子电池层状正极材料，其中优化Fe钉扎含量的NMCF0.1表现出最优的电化学性能。STEM和XRD表征揭示出Fe钉扎在NMCF0.1和NMCF0.2样品中。GITT，原位XRD和DSC揭示出钉扎效应可以使层状正极材料在充放电过程中进行快速的钠离子扩散、稳定层状结构和增强热力学稳定性。该工作通过利用钉扎效应实现层状正极材料的零应变，为设计高稳定性钠离子电池正极材料提供了策略。Shiyong Chu, Chunchen Zhang, Hang Xu, Shaohua Guo, Peng Wang, Haoshen Zhou, Pinning Effect Enhanced Structural Stability toward a Zero-Strain Layered Cathode for Sodium-Ion Batteries, Angewandte Chemie International Edition, 2021, DOI:10.1002/anie.202100917 赞 (0) 相关推荐 《全球电池和电力储能技术创新专利分析》摘要 北极星储能网讯:近日,欧洲专利局(EPO)和国际能源署(IEA)联合发布<全球电池和电力储能技术创新专利分析>报告指出,电池和储能领域的专利申请在过去10年中大幅增长,年增长率为14%,在 ... 我国学者首次在Science发表电池正极材料研究成果 | 进展 中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心赵成龙博士.陆雅翔副研究员.胡勇胜研究员团队与荷兰代尔夫特理工大学Prof. Marnix Wagemaker及法国波尔多大学Prof. Claude ... 优美科将为LG Chem电池供应NMC阴极材料 最新的消息表明,优美科将为 LG Chem 电池供应 NMC 阴极材料.LG Chem 和 Umicore 从 2020 年开始为电池单元的 NMC(镍锰钴)正极材料签订了多年战略供应协议,该协议在未 ... 普鲁士蓝类配合物Cu3[Fe(CN)6]2·11.6H2O|普鲁士蓝类配合物三元复合电极|普鲁士蓝类配合物/碳复合材料 普鲁士蓝类配合物Cu3[Fe(CN)6]2·11.6H2O|普鲁士蓝类配合物三元复合电极|普鲁士蓝类配合物/碳复合材料 正极材料往往对于离子二次电池的成本和性能有决定性作用.开发高性能.成本低的新型正 ... 高镍正极材料匀浆为什么会产生胶凝，终于有人讲明白了 [研究背景] 近年来,高镍正极材料作为新型正极材料被广泛用于电动汽车领域.尽管其能量密度较高,但表面残留锂化合物加剧了循环过程中气体的释放,显著增加了运行过程中电池破裂的风险.此外,残留锂的强碱性氢氧 ... 《Nature Mater》：大晶格失配异质结构的超低摩擦和边钉扎效应 摩擦,每年在世界范围内造成大量的能量耗散和机械磨损(成本约为119EJ).因此,理解摩擦过程的机理和寻找最佳的材料组合,理想地提供一个接近无摩擦的状态,是至关重要的.二维异质结构层间范德华相互作用弱和 ... 全球首套1MWh钠离子电池储能系统正式投运，助力“双碳”目标达成 6月28日,全球首套1MWh钠离子电池光储充智能微网系统在山西太原综改区正式投入运行.该项目由中科院物理所与中科海钠联合推出,中国科学院A类战略性先导科技专项大规模储能关键技术与应用示范项目重点支持. ... 【脱水研报】周末大热！类比2014年的锂电池，钠离子电池产 业发展到底怎么样了？ 周末大热!类比2014年的锂电池,钠离子电池产 业发展到底怎么样了?车身制造的大变革,特斯 拉将率先使用这种压铸技术,拉动设备需求-- 0523脱水研报 摘要: 1.钠电池:宁德时代5月21日召开的股 ... 宁德时代将发布钠离子电池！ 事件:5月21日盘后,宁德时代宣布将于7月展示钠离子电池. 2021年5月21日,宁德时代董事长曾毓群在股东大会上透露,今年7月份左右将发布钠离子电池,由此引发了市场最近的关注. 在2020年,宁德时 ... 科学家打造出锂电池替代品，钠离子电池商业化加速 2020-06-02 15:54:51 来源: 作者: 摘要:据媒体报道,华盛顿州立大学的科学家们提出一种设计方案,解决了不活动的钠晶体往往会聚集在阴极的表面并最终导致电池死亡无法再发电的问题 ... 5月24日异动股点评：钠离子电池异军突起 盘点四牛与四熊 摘要[5月24日异动股点评:钠离子电池异军突起 盘点四牛与四熊]中盐化工(600328)周一上涨10.02%.公司原名兰太实业,2019年12月完成重大资产重组,2020年6月正式更名.目前,公司建成 ... 【成泰科技冠名】四年磨一剑: 世界首条钠离子电池生产线诞生 摘要:近日,世界首条钠离子电池生产线,在辽宁鞍山的这家企业工厂中投入运行. 近日,在辽宁星空钠电电池有限公司(简称:星空钠电)自主研发的钠离子电池,进入量产阶段.标志着世界首条钠离子电池生产线,在辽宁 ... 〖 聚焦•山木新能 〗 取代锂电池？未来新宠钠离子电池究竟是个什么鬼？ 新能源汽车的爆发式增长带动锂离子电池的产能激增,锂资源短缺身价暴涨.此时,具有相似理化性质的钠离子电池受到业界的广泛关注,正在酝酿着一场"夺权上位"大计.那么,钠离子电池究竟是何方 ... 钠离子电池：宁德时代奔向TWh时代的底牌 作为被基金虐到跌妈不认的韭零后,熬了这么久,今天收益终于绿转红了.这得感谢电茅宁德时代,得益于宁德时代上周在「2020年度股东大会」上释放的一系列信息,股价亿顿暴涨,我的基金也跟着涨了回来.每天打开支 ...
