ACS Nano | 钠离子电池先进负极材料

以下文章来源于ACS材料X ，作者ACS Publications

英文原题：Advanced Anode Materials for Rechargeable Sodium-Ion Batteries

通讯作者：崇少坤，西北工业大学；刘化鹍、窦世学，上海理工大学/澳大利亚伍伦贡大学

作者：Shuangyan Qiao (乔双燕), Qianwen Zhou (周倩雯), Meng Ma (马萌), Hua Kun Liu* (刘化鹍), Shi Xue Dou* (窦世学), and Shaokun Chong (崇少坤)

背景介绍

得益于低成本和与锂相似的物理化学性质，钠离子电池（SIBs）已引起广泛关注。SIBs的电化学性能受到负极材料的高度影响。目前，钠离子电池负极材料面临的关键科学问题包括缓慢动力学和大体积膨胀。经过科研工作者的不懈努力，不同类型的负极材料在钠离子电池领域已取得显著的进展。

图1. 钠离子电池的工作机制和负极材料代表性工作时间轴图

文章亮点

近日，西北工业大学崇少坤副教授与上海理工大学/澳大利亚伍伦贡大学的刘化鹍教授、窦世学教授在ACS Nano上发表了钠离子电池不同类型负极材料的综述文章。系统地阐明了插入型、转换、合金、转换-合金型和有机负极材料的储能机理。然而，仍有一些问题需要澄清和解决，在此基础上，对杂原子掺杂、异质结构设计、表面改性、缺陷引入、分子工程、相态调控等有效策略进行了全面总结。最后，展望了SIBs负极材料的挑战和未来发展前景。

图2. 钠离子电池负极材料面临的挑战及解决策略

讨论了不同负极材料的优、缺点，并基于不同的储钠机制——插入型、有机型、转换、合金和转换-合金型——着重介绍了高性能负极材料的合理构建思路并进行总结。低比容量的插入型材料可通过杂原子掺杂、缺陷引入、相态调控、纳米结构设计和构筑复合材料等策略进行改性。对于有机材料，电解质中的溶解性和低电子电导率等问题受到越来越多的关注，分子结构工程和复合材料设计是有前景的改性策略。对于转换型、合金型以及转换-合金型材料，纳米结构设计、与导电基底复合以及构建异质结构等改性策略有望同时实现高首次库伦效率(ICE)、高的倍率性能和循环性能。

总结/展望

每种类型的负极材料都存在相应弱点，为了克服上述问题，实现SIBs负极材料的实际和大规模应用，未来的研究重点应着重在设计开发新型材料、研究电解质影响、利用先进表征技术探索电化学反应机理、安全问题和商业化等方面。

图3. 钠离子电池负极材料的发展方向

相关论文发表在ACS Nano上，西北工业大学科研助理乔双燕为文章的第一作者，西北工业大学的崇少坤副教授、上海理工大学/澳大利亚伍伦贡大学的刘化鹍教授、窦世学教授为通讯作者。

通讯作者信息：

崇少坤 西北工业大学

崇少坤，西北工业大学柔性电子前沿科学中心/柔性电子研究院副教授。研究方向为先进纳米材料的制备及在能源储存与转换中的应用，围绕锂/钠/钾离子电池正负极材料、金属负极保护、固态电解质等方面开展了一系列创新性工作。

刘化鹍

上海理工大学/澳大利亚伍伦贡大学

刘化鹍院士，上海理工大学教授，澳大利亚伍伦贡大学杰出教授，伍伦贡大学超导与电子材料研究所能源材料专业创始人之一。刘院士的研究领域涵盖清洁能源材料、材料科学与工程、电化学与应用等。

窦世学

上海理工大学/澳大利亚伍伦贡大学

窦世学院士，澳大利亚伍伦贡大学杰出教授，伍伦贡大学超导与电子材料研究所（ISEM）创始人，现为上海理工大学教授。主要从事电化学储能、氢能与燃料电池、碳捕集、新型二维材料、超导材料等方向的基础科学和应用技术研究。

转自：“ACS美国化学会”微信公众号

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