設計鈉離子電池的分層氧化物材料

鈷酸鋰是一種層狀金屬氧化物，在開發可充電電池方面引起了極大的關注。由于鈉的自然豐度，鈉離子電池可以存儲網格規模的能量。組成可以決定電化學性能的結構化學，但是，由于組成復雜，結果很難預測。現在在有關科學的新報告中趙成龍和中國科學院，美國哈佛大學，荷蘭代爾夫特理工大學和加拿大多倫多大學的國際科學家團隊介紹了一種“陽離子潛力”，以捕捉與分層材料并預測最終的堆疊結構。該團隊展示了堆疊體系結構如何確定功能特性，從而為開發用于電能存儲的堿金屬層狀氧化物提供解決方案。

研究人員必須開發可持續的電能存儲系統，以滿足整合間歇性可再生能源的需求。與鋰(Li)離子電池相比，鈉(Na)的豐富性和低成本使得Na-離子電池成為智能電網和大規模儲能的理想替代品。自1980年以來，鋰離子層狀電池就代表了電極材料的主要家族;美國材料科學家JBGoodenough偶然將其開發為一種新的陰極材料，最終于2019年與M. Stanley Whittingham和Akira Yoshino共同獲得了諾貝爾化學獎。一種或多種過渡金屬(TM)元素可以促進與鋰離子(脫)嵌入相關的氧化還原反應。例如，材料科學家可以從邊緣共享的過渡金屬氧化物(TMO 6)八面體構建層狀結構，以形成重復層，其中鋰離子可以放置在八面體氧環境中以觀察O型堆積。這種結構提供了高成分多樣性和可調節的電化學性能，并改善了電荷。