我国学者首次在《Science》发表钠离子电池正极材料研究成果

原标题:我国学者首次在《Science》发表钠离子电池正极材料研究成果

近日,中国科学院物理研究所研究员、中科海钠创始人兼董事长胡勇胜,中国科学院物理研究所副研究员陆雅翔、以及来自法国波尔多大学和荷兰代尔夫特理工大学的科研人员组成的科研团队,提出了一种简单的预测钠离子层状氧化物构型的方法,并在实验上证实了该方法的有效性,为低成本、高性能钠离子电池层状氧化物正极材料的设计和制备提供了理论指导。相关研究成果的论文近日在世界顶级学术刊物《Science》上发表。

近年来,随着全球化学电池市场的快速发展和人们对环境问题的日益重视,二次电池(又称可充电电池或蓄电池)这种能实现电能与化学能转化的新型储能技术,在新一轮能源变革中受到广泛关注。其中,锂离子电池虽然已成为占据全球电化学储能规模市场80%份额的“绝对一哥”,但由于其资源的稀缺性和较高昂成本,产业发展面临“天花板”,而资源储量丰富、成本低廉的钠离子电池,便成为了极佳的补充。然而,钠离子电池的性能却受到可用电极材料的限制,尤其是以层状氧化物材料为主的正极材料的限制。

胡勇胜介绍,自1980年以来,锂离子层状氧化物都是锂离子电池的主要正极材料,其堆积构型为O型。与之相比,钠离子层状氧化物却具有O和P两种构型,其中最常见的两种结构分别为O3和P2(数字代表氧最少重复单元的堆垛层数)。这两种结构的层状氧化物作为钠离子电池的正极材料时各有优势,但目前的技术手段仅可实现对合成出的材料进行物理表征以确定具体构型,无法直接预测材料的堆积结构,这严重阻碍了层状氧化物正极材料的性能设计和新型正极材料的发现。

由中科院物理所研究员、中科海钠创始人兼董事长胡勇胜带领的研究团队是全球最早关注该领域研究的团队之一。2016年,中国科学院物理研究所博士戚兴国创新性地引入等效半径(等效半径即加权半径,是将过渡金属的半径乘以该过渡金属的含量)的概念来预测堆叠机构,为该课题研究首开思路。后续研究时,胡勇胜团队又通过合理设计和制备具有改良性能的层状电极材料,证明了堆叠结构决定材料的特性,为碱金属层状氧化物的设计提供了有效解决方案。

业内专家表示,该研究提出了一种简单的预测堆叠结构的方法,优化了钠离子电池的制造环节,为进一步提高钠离子电池体系储能特性提供了精准指导。

“过去几年里,中科院物理研究所和中科海钠团队,就钠离子层状氧化物两种构型形成的影响因素展开了大量实验研究,并积极探索其在钠离子电池应用中的场景落地。”根据胡勇胜的介绍,其创立的中科海钠如今已实现了钠离子电池的大规模量产,月产能突破30万只,并拥有数十项钠离子电池材料组成、结构、制造和应用的核心专利。(经济日报-中国经济网记者 沈慧)

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