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钠离子电池电极材料实际应用的展望

钠离子电池因其资源丰富,价格低廉,引起人们越来越多的关注。对于构建应用于大规模储能的钠离子电池体系,选择合成简单,成本低廉的原材料是非常关键的。最近,同济大学车用新能源研究院黄云辉教授、罗巍研究员和马里兰大学胡良兵教授团队合作在国际顶级期刊ACS Energy Letters上发表了题为A Perspective on Elertrode Materials of Sodium-ion Batteriestowards Practical Application的展望性文章,同济大学博士生黄洋洋为本文的第一作者。该论文主要介绍了几种具有实际应用潜力的钠离子电池电极材料以及这几种材料的发展前景。

文章阐述了钠离子电池电极材料商业化的需求,在此基础上,详细分析了钠离子电池的研究状况以及产业化的现状。在正极材料方面,文章主要介绍了铁锰基层状氧化物,铁锰基普鲁士蓝以及铁基聚阴离子化合物在钠离子电池中的应用和存在的问题,负极材料方面,文章主要介绍了硬碳材料以及合成硬碳成本低廉的前躯体。

文章的最后讨论了以上材料存在的问题及未来发展方向,简单介绍了目前钠离子电池商业化情况。同时还对比了水系钠离子电池和铅酸电池优缺点,展望了水系钠离子电池在大规模存储的应用。

钠离子电池电极材料实际应用的展望图1. (a)P2型的Na2/3Mn1/2Fe1/2O2充放电曲线图。(b)O3型的Na2/3Mn1/2Fe1/2O2充放电曲线图。(c)不同Na3N含量的Na0.67[Fe0.5Mn0.5]O2循环寿命图。(d)Na0.9Cu0.22­Fe0.3Mn0.48O2的XRD图谱。(e)Na0.9Cu0.22­Fe0.3Mn0.48O2循环寿命图。(f) Na0.9Cu0.22­Fe0.3Mn0.48O2正极和硬碳负极组成的2 Ah软包电池。(g)软包电池的循环寿命图。(h)NaNi1/3Mn1/3Fe1/3O2正极和硬碳负极组成的1 Ah软包电池充放电曲线图。(i)NaLi0.05Ni0.3Mn0.5Cu0.1Mg0.05O2不同电流下的循环寿命图。

钠离子电池电极材料实际应用的展望

图2. (a)Na3V2(PO4)2F1+2xO2-2x (0 ≤ x ≤ 1)的结构示意图。(b)不同聚合物材料的工作电位。(c-d)Na3V2(PO4)2F1+2xO2-2x (0 ≤ x ≤ 1)的充放电曲线图。(e)Na2Fe2(SO4)3的结构图。(f)Na2Fe2(SO4)3的充放电曲线图。

钠离子电池电极材料实际应用的展望

图3.(a)Na1.92FeFe(CN)6的充放电曲线图。(b)去除H2O后的Na2MnFe(CN)6充放电曲线图。(c)10kg到100kg的普鲁士蓝大规模合成设备图。(d)大规模合成的普鲁士蓝循环寿命图。(e)普鲁士蓝为正极硬碳为负极的软包电池产品图。(f)室温下软包电池的循环寿命图。(g)不同温度下的软包电池容量保持率图。(h)高温下软包电池循环寿命图。(i)Cu-Fe普鲁士蓝作为正极Mn-Fe普鲁士蓝作为负极的水系钠离子电池示意图。

钠离子电池电极材料实际应用的展望

图4.(a)葡萄糖在不同温度下热解得到的硬碳的充放电曲线图。(b)不同碳化温度得到的硬碳的充放电曲线图。(c)以硬碳为负极的2 Ah软包电池产品图。(d)软包电池倍率性能图。(e)软包电池循环寿命图。(f)可乐丽公司硬碳产品的充放电曲线图。(g)硬碳“嵌入-吸附“机理图。(h)硬碳”吸附-嵌入“机理图。(i)硬碳”吸附-填充“机理图。

  

Yangyang Huang, Yuheng Zheng, Xiang Li, Felix Admas, Wei Luo, Yunhui Huang and Liangbing Hu, A Perspective on Elertrode Materials of Sodium-ion Batteries towards Practical Application, ACS Energy Letters, DOI: 10.1021/acsenergylett.8b00609.

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