设计钠离子电池的分层氧化物材料

钴酸锂是一种层状金属氧化物，在开发可充电电池方面引起了极大的关注。由于钠的自然丰度，钠离子电池可以存储网格规模的能量。组成可以决定电化学性能的结构化学，但是，由于组成复杂，结果很难预测。现在在有关科学的新报告中赵成龙和中国科学院，美国哈佛大学，荷兰代尔夫特理工大学和加拿大多伦多大学的国际科学家团队介绍了一种“阳离子潜力”，以捕捉与分层材料并预测最终的堆叠结构。该团队展示了堆叠体系结构如何确定功能特性，从而为开发用于电能存储的碱金属层状氧化物提供解决方案。

研究人员必须开发可持续的电能存储系统，以满足整合间歇性可再生能源的需求。与锂(Li)离子电池相比，钠(Na)的丰富性和低成本使得Na-离子电池成为智能电网和大规模储能的理想替代品。自1980年以来，锂离子层状电池就代表了电极材料的主要家族;美国材料科学家JBGoodenough偶然将其开发为一种新的阴极材料，最终于2019年与M. Stanley Whittingham和Akira Yoshino共同获得了诺贝尔化学奖。一种或多种过渡金属(TM)元素可以促进与锂离子(脱)嵌入相关的氧化还原反应。例如，材料科学家可以从边缘共享的过渡金属氧化物(TMO 6)八面体构建层状结构，以形成重复层，其中锂离子可以放置在八面体氧环境中以观察O型堆积。这种结构提供了高成分多样性和可调节的电化学性能，并改善了电荷。