鈉離子電池使用層狀氧化物材料的合理設計

2020-11-25 科學網

鈉離子電池使用層狀氧化物材料的合理設計

作者：

小柯機器人

發布時間：2020/11/8 14:49:45

中國科學院胡勇勝團隊聯合哈佛大學等多所國外頂尖高校研究團隊，提出了一種鈉離子電池使用層狀氧化物材料的合理設計方法。相關研究成果發表於2020年11月6日的國際頂尖學術期刊《科學》。

鈉離子電池由於採用天然豐富的鈉元素，在電網規模的儲能中得到了廣泛的關注。這種電池的性能受到現有電極材料的限制，特別是對於鈉離子層狀氧化物，激發研究人員對高成分多樣性的探索。掌握組分如何決定結構化學性質對電化學性能具有決定性作用，但該預測非常具有挑戰性，尤其是對於複雜組分。

在該方法中引入了主導層狀材料關鍵相互反應的「陽離子勢」，從而使預測堆積結構成為可能。同時通過合理設計和製備性能優良的層狀電極材料驗證了該方法。

由於堆積結構決定了功能特性，因此該方法為鹼金屬層狀氧化物的設計提供了解決方案。

附：英文原文

Title: Rational design of layered oxide materials for sodium-ion batteries

Author: Chenglong Zhao, Qidi Wang, Zhenpeng Yao, Jianlin Wang, Benjamín Sánchez-Lengeling, Feixiang Ding, Xingguo Qi, Yaxiang Lu, Xuedong Bai, Baohua Li, Hong Li, Alán Aspuru-Guzik, Xuejie Huang, Claude Delmas, Marnix Wagemaker, Liquan Chen, Yong-Sheng Hu

Issue&Volume: 2020/11/06

Abstract: Sodium-ion batteries have captured widespread attention for grid-scale energy storage owing to the natural abundance of sodium. The performance of such batteries is limited by available electrode materials, especially for sodium-ion layered oxides, motivating the exploration of high compositional diversity. How the composition determines the structural chemistry is decisive for the electrochemical performance but very challenging to predict, especially for complex compositions. We introduce the 「cationic potential」 that captures the key interactions of layered materials and makes it possible to predict the stacking structures. This is demonstrated through the rational design and preparation of layered electrode materials with improved performance. As the stacking structure determines the functional properties, this methodology offers a solution toward the design of alkali metal layered oxides.

DOI: 10.1126/science.aay9972

Source: https://science.sciencemag.org/content/370/6517/708

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