周豪慎/郭少华Adv. Sci.：协同阴阳离子氧化还原获得高稳定层状正极

钠离子电池通常被认为是大规模储能有希望的候选者。层状铁/锰氧化物正极由于元素丰度和高理论容量而受到广泛关注。然而，由于在连续的钠释放和吸收过程中，锰溶解和铁迁移的趋势，这些材料的电化学性能通常会发生显著下降。

南京大学周豪慎教授、郭少华教授等提出了一种在层状Mn/Fe基正极Na_2/3Fe_2/3Mn_1/3O₂（NFM）中通过Li取代协同阴阳离子氧化还原的策略，以抑制过渡金属离子电化学活性的过度使用所导致的结构退化，同时实现晶格应变的降低和电化学性能的提高。

图1. NFM和NLFM的结构表征

结果表明，获得的Na_0.8Li_0.2Fe_0.2Mn_0.6O₂（NLFM）由于Li取代而显示出至少三个优势：首先，NLFM在空气中暴露1个月，甚至在水中浸泡1周后仍显示出令人印象深刻的结构稳定性，而在空气和水中储存后，NFM中明显出现了一个新相。

第二，密度泛函理论(DFT)计算、软X射线吸收光谱(sXAS)和 X 射线光电子能谱(XPS)的结果证明，NLFM的氧氧化还原过程被激活，从而可提供更高的比容量。最后，NFM的有害相变在NLFM中被显著抑制，这有助于快速的Na⁺传输和更好的循环性能，此外，可忽略的Mn溶解、不可见的Fe迁移和晶格应变也得到证实。

图2. NLFM和NFM的电化学性能比较

受益于上述优势，NLFM表现出增强的电化学性能，表现为≈165 mAh g^-1的高可逆容量、提升的容量保持率（在200 mA g^-1下经过100次循环后为98.3%）和强大的容量恢复能力。这些发现加深了对阴离子和阳离子氧化还原协同作用的理解，并为设计用于钠离子电池的高稳定性层状正极提供了新的见解。

图3. 正极的结构演变

Synergetic Anion–Cation Redox Ensures a Highly Stable Layered Cathode for Sodium-Ion Batteries. Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202105280

原创文章，作者：v-suan，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/14/90be0f5b5c/

周豪慎/郭少华Adv. Sci.：协同阴阳离子氧化还原获得高稳定层状正极

相关推荐