钠离子电池和电容器用的微/纳米结构材料

随着能源环境问题日益严峻,人们对于发展高效率的能源存储技术及相关器件提出了更高的要求。由于钠储量丰富,成本低廉,因此,开发先进的钠离子电池、钠离子电容器等储能器件具有良好的应用前景。近年来,越来越多的研究工作者聚焦材料结构的理性构筑及组分优化,设计并开发一系列先进的新型钠离子电池材料,使其有望应用于下一代储能体系,实现大规模的能量存储。

南开大学材料科学与工程学院的博士生李凤周震教授梳理了目前微/纳米结构电极材料的最新研究进展,详细介绍了在充放电过程中具有高热力学稳定性和快速动力学特点的独特复合材料的构筑及应用。此外,作者还详细讨论了基础研究及实现商业化应用等方面所面临的挑战。最后,作者对钠相关的储能器件在能源存储系统应用中存在的挑战和前景做出了展望。

钠离子电池和电容器用的微/纳米结构材料

首先,该综述详细介绍了钠离子电池及钠离子电容器的工作原理及该领域发展所面临的主要问题,指出了构筑微/纳米结构电极材料的必要性。然后,作者从钠离子电池正极材料出发,详细介绍了层状过渡金属氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝类似物、有机电极材料及金属钒酸盐的电化学行为及充放电反应历程,介绍了该类材料的常见改性方法,并梳理了近年来该类材料在钠离子电池中的应用。紧接着,作者讨论了碳基材料、钛基材料、合金类材料、转化类材料及有机类材料在钠离子电池负极中的最新研究进展,着重介绍了微/纳结构的设计思路及应用前景。随后,电池型的负极材料及电容型的正极材料在钠离子电容器中的应用也进行了深入的讨论和评述。最后,作者详细指出了目前各类材料在发展中面临的挑战,同时,也为解决这类问题指明了方向。

相关论文发表于SmallDOI: 10.1002/smll.201702961)上。

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