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我院侴术雷教授团队在国际权威期刊Cell Reports Physical Science发表学术文章

发布时间:2021-12-02    来源:化学与材料工程学院    作者:    点击次    [点击关闭]

近年来,由于钠资源分布广泛、成本低以及与锂元素的相似化学性质,钠离子电池(SIBs)被认为是大规模能源存储系统(EESs)最有竞争力的候选者之一。作为SIBs关键部分,多种正极材料目前已得到广泛研究。层状过渡金属氧化物NaxMO2M表示过渡金属)因其环境友好性、优异的离子电导率和商业的可行性而备受关注。由于氧化物正极材料在高电压下,充放电过程中存在多重不可逆相转变和结构不稳定的问题,所以开发高电压NaxMO2正极材料对于SIBs来说仍然非常重要且具有挑战性。

因此,研究人员以P2-Na2/3Ni1/3Mn2/3O2作为研究模型,通过将Sn4+完全取代Mn4+,制备了具有P2型化学计量比的反常高电压O3型正极材料Na2/3Ni1/3Sn2/3O2Sn4+的引入可精准调控过渡金属与氧原子间的轨道杂化状态;其次,由于相似的离子半径(Sn4+ = 0.69 ÅNi2+ = 0.69 Å)和独特的Sn4+([Kr]4d10)电子结构,O3Na2/3Ni1/3Sn2/3O2层状氧化物的在2.4-4.05 V电压范围内展现出完全平滑的充电/放电曲线,放电中值电压高达3.65 VSn4+取代不仅诱导O3型层状氧化物的形成能够准确控制氧化还原电位,有效地延迟了O3相到P3相的结构演变从而扩大了固溶反应过程的组分范围因此,化学取代可有效调节分子能级轨道杂化状态、内在物理和化学结构特性;并能够抑制过渡金属层的滑移提高充放电循环过程中的结构可逆性。这些发现揭示了动态结构演化与可控氧化还原电位的轨道能级的基本机制,为设计开发高电压层状氧化物正极材料提供了思路同时,可拓展至其他SIBs的高电压正极材料,进一步推动能量存储和转换新材料的发展。

近日,此项工作以《Dynamic structural evolution and controllable redox potential for abnormal high-voltage sodium layered oxide cathodes》为题发表在Cell Reports Physical Science (Pub Date: 2021-11-04, DOI: 10.1016/j.xcrp.2021.100631)上,温州大学化学与材料工程学院为第一单位,侴术雷教授团队的朱燕芳博士为第一作者,侴术雷教授和肖遥副研究员为通讯作者。

Cell Reports Physical Science为国际材料化学权威期刊。