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钠离子电池正极材料挺“锰” 有望取代锂电池

科技日报 2018-12-13 07:55
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  钠离子电池正极材料挺“锰” 有望取代锂电池

  科技日报南京12月6日电 (通讯员 崔玉萌 记者张晔)锂离子电池应用越来越贴近百姓生活,但地球上锂资源十分有限,且开采成本高。开发一种替代电池成为各国科学家努力的重要方向。南京理工大学夏晖教授与中外团队合作,首创结构设计和调控方法,在锰基正极材料研究方面取得重要进展,使低成本钠离子电池有望取代锂离子电池,相关成果发表在最新一期《自然·通讯》上。

  钠资源丰富,开采费用仅为锂的百分之一,因而钠离子电池的研发成为科研人员争相“开垦”的领域。而层状结构的锰酸钠正极材料具有理论容量高、价格低廉及来源广泛等优点,使之成为钠离子电池正极材料的热门研究对象。

  但由于锰酸钠正极材料的层间距狭窄,充放电过程中,半径较大的钠离子在层间迁移时,会“挤坏”正极材料的结构,成为制约钠离子电池研发的关键难点。除层间距外,影响钠离子电池性能的另一重要因素为层状结构中的钠离子含量。不少科研人员尝试通过各种方法制备出了不同层状结构的锰酸钠,但性能指标难以满足实际应用需求。

  夏晖教授团队首创结构设计和调控方法,与中科院物理所谷林研究员及美国加州大学圣地亚哥分校孟颖教授合作,在水钠锰矿层状结构的基础上,成功制备出兼具大层间距与高钠离子含量的层状纳米正极材料。

  这种正极材料制成的电极比容量达到211.9毫安时每克,而目前市面上流通的锂电池正极材料比容量约为140毫安时每克。充放电过程中,这种正极材料结构稳定无相变,体积变化仅为2%,循环充放电1000次后,比容量保持率高达94.6%,而电池行业一般的比容量保持率标准约为80%。

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