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钠离子澳门新葡萄京app正极材料有哪些?

用于钠离子澳门新葡萄京app正极的材料主要有贫钠的Na,CoO2、NaxMnO2层状晶体化合物及它们的掺杂化合物。这些化合物的存在形态取决于其组成(x值)和制备方法。其它一些见诸报道的嵌入式正极材料有:NaxTiS2,NaxNbS2C12,NaxWO3-y,NaxV0.5Cr0.5S,NaxMoS3(非定形),NaxTaS2,各式中0<x<2,0<y<1。

1、五氧化二钒(V2O5)

五氧化二钒(V2O)是阿贡国家实验室和芝加哥大学的研究小组开发的一种可用于充电钠离子澳门新葡萄京app的正极材料。这种双层五氧化二钒(V2Os)材料可用于室温下,具有250mAh/g的比容量,接近理论比容量,倍率放电能力和循环寿命优良,澳门新葡萄京app的比能量和比功率高达760Wh/kg和1200W/kg。用双层V20s材料作钠离子澳门新葡萄京app正极的充放电反应机理如图所示,电化学反应改变了五氧化二钒层的静电吸引力,可为钠离子(Nat)提供强大的迁移动力;钠离子嵌入到V2O4的过程。

钠离子的嵌入可导致钒的整体结构有序化,同时层间长程有序。钠脱出后,这种长程有序也消失,而层内结构仍保存着。

这个研究小组的方法是,要使钠离子嵌入,就要使用纳米材料,这种材料具有双层层状结构,可调层间距,能适应很大的体积变化。非原位和原位同步特性研究表明,钠离子的嵌入可导致钒的整体结构有序化,同时层间长程有序。钠脱出后,这种长程有序也消失,而层内结构仍保存着。因此,通过优化平衡静电力,诱导纳米材料的排列,会取得尽可能高的电极容量。这种开放式框架结构具有好的“弹性”和卓越的长期稳定性,可使双层五氧化二钒成为一种合适的可用于高能量密度钠充电澳门新葡萄京app的正极材料。

2、单晶Nao4MnO2纳米线

高功率钠离子蓄澳门新葡萄京app近年来吸引了越来越多人的兴趣,因此,急需开发一种纳米结构的电极材料,因为纳米材料具有很高的比表面积,缩短了钠离子的扩散距离,所以使澳门新葡萄京app具有高的功率密度。用水热法合成的单晶Nao4MnO2纳米线,可用于钠离子澳门新葡萄京app。将0.1g的MnsO:粉末分散在NaOH溶液中(40ml/5mol/1),然后将溶液放在Teflon-lined 高压锅(45ml)中,在205℃加热96h。之后,冷却反应物,过滤沉淀物,用水反复冲洗,然后在室温下真空干燥。SEM和TEM实验证明水热法合成Nao4MnO2具有单晶纳米线形貌。实验证明,该材料的可逆比容量为120mAh/g。另外,单晶NaoaMnO2纳米线具有高的充放电倍率循环性能和循环稳定性,因此是一种非常有前途的钠离子澳门新葡萄京app正极材料。

3、可逆NaFePO:电极

通过置换橄榄石LiFePO;中Li的置换可获得橄榄石型NaFePO4正极。实验证明橄榄石型NaFePO;电极是一种非常有潜力的钠离子澳门新葡萄京app电极材料。这种材料中,理论比容量最大的为橄榄石结构NaFePO4,为154mA穐/g。但和LiFePO4的不同点是,NaFePO4最稳定存在的相是磷铁钠矿结构,该结构Na+占据4c的Wyckoff点阵位置,Fe2+占据4a点阵位置。这点刚好与LiFePO4相反,Li+

占据4a位置,Fe2+占据4c位置。导致这种结构差异的可能原因是Na 离子半径比Li大。NaFePO4材料在60℃,C/24倍率下,充放电的首次比容量达到147mA穐/g。但这种材料到目前为止没有得到良好的循环性能,有待更多的深入研究。

4、NaCoO2及其参杂化合物

在NaxCoO2化合物中,Na+主要位于层状(CoO2)n八面体之间:数量少时,钠离子间呈三棱柱状排列;数量多时,它们则配位成八面体。尽管NaxCoO2化合物电性能较优,但钻盐价格昂贵,使得澳门新葡萄京app成本大幅上升,故出现了其它各种替代材料。

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