Натрий-ионные батареи (NIB, SIB или Na-ионные батареи) — это несколько типов перезаряжаемых батарей. Они используют ионы натрия (Na+) в качестве носителей заряда. В некоторых случаи, его принцип работы и конструкция ячеек аналогичны литий-ионный аккумулятор (LIB) типы. Но он заменяет литий натрием в качестве интеркалирующего иона. Натрий принадлежит к той же группе в периодической таблице, что и литий, и, таким образом, имеет схожие химические свойства. Слоистые оксиды переходных металлов натрия (NaxTMO2, TM = переходный металл/ы), такие как слоистые оксиды натрия на основе марганца, представляют собой важное семейство катодных материалов с потенциалом снижения затрат. Они могут увеличить плотность энергии и стабильность циклирования, а также повысить безопасность NIB для крупномасштабного хранения энергии.
Стратегии модификации интерфейса материалов положительного электрода из слоистого оксида натрия в основном включают следующие методы. Они направлены на решение проблемы нестабильности интерфейса и улучшение производительности аккумулятора:
1. Модификация поверхностного покрытия
Он может эффективно изолировать прямой контакт между положительным электродом и электролитом. Также он имеет преимущества в снижении побочных реакций и улучшении стабильности интерфейса слоистых оксидных натриевых катодных материалов. Нанесение тонкого защитного слоя на поверхность положительного электродного материала, такого как оксиды металлов, углеродные материалы или литийсодержащие соединения, может достичь этого. Например, использование Al2O3, Li2O и т. д. в качестве слоев покрытия может предотвратить растворение активных веществ и потерю кислорода.
2. Модификация легирования элементов
Легирование определенными элементами слоистых оксидов позволяет изменять электронную структуру и электрохимические свойства материала, улучшая его структурную стабильность. Легирование может подавлять фазовый переход, усиливать диффузионную способность Na+ и снижать потери кислорода. Например, легирование переходными металлами, такими как Ni, Mn, Co, может оптимизировать электрохимические характеристики электродных материалов. Модификация электролита: регулируя состав электролита и используя добавки, такие как фторид и борат, можно сформировать более стабильную пленку твердого электролитного интерфейса (SEI), уменьшая реакцию между электролитом и материалом положительного электрода, снижая импеданс интерфейса и улучшая стабильность циклирования.
3. Структурное регулирование
Регулируя микроструктуру материала, например, контролируя размер частиц, морфологию и пористость, можно улучшить смачиваемость электролита, способствуя быстрому переносу Na+, одновременно снижая концентрацию напряжений и предотвращая разрушение конструкции во время циклирования.
4. Замещение химических элементов
Потенциальное окно материала можно регулировать путем точной замены химических элементов. Например, путем введения алюминия, магния и других элементов в слоистые оксиды. Это может уменьшить растворение переходных металлов и повысить стабильность материала на воздухе и циклическую стабильность.
5. Проектирование композитных материалов
Сочетание слоистых оксидов с другими материалами (например, проводящими углеродными материалами) может улучшить электронную проводимость материала, снизить внутреннее сопротивление и использовать синергетический эффект композитных материалов для улучшения свойств интерфейса.
6. Оптимизация химии интерфейса
Благодаря точному контролю условий синтеза, таких как температура, атмосфера и время реакции, можно оптимизировать химию поверхности материалов положительных электродов на атомном уровне, что позволит снизить образование остаточных оснований на поверхности и улучшить стабильность материалов на воздухе и срок их службы.
Комплексное применение этих стратегий может систематически решить проблему интерфейса слоистых оксидных катодных материалов в натрий-ионных аккумуляторах. Это может улучшить общую производительность аккумулятора и способствовать практическому процессу технологии натрий-ионных аккумуляторов.
