英文原題：Advanced Anode Materials for Rechargeable Sodium-Ion Batteries
通訊作者：崇少坤，西北工業(yè)大學(xué)；劉化鹍、竇世學(xué)，上海理工大學(xué)/澳大利亞伍倫貢大學(xué)
作者：Shuangyan Qiao(喬雙燕), Qianwen Zhou(周倩雯), Meng Ma(馬萌), Hua Kun Liu*(劉化鹍), Shi Xue Dou*(竇世學(xué)), and Shaokun Chong(崇少坤)
得益于低成本和與鋰相似的物理化學(xué)性質(zhì)，鈉離子電池（SIBs）已引起廣泛關(guān)注。SIBs的電化學(xué)性能受到負(fù)極材料的高度影響。目前，鈉離子電池負(fù)極材料面臨的關(guān)鍵科學(xué)問題包括緩慢動(dòng)力學(xué)和大體積膨脹。經(jīng)過科研工作者的不懈努力，不同類型的負(fù)極材料在鈉離子電池領(lǐng)域已取得顯著的進(jìn)展。
圖1. 鈉離子電池的工作機(jī)制和負(fù)極材料代表性工作時(shí)間軸圖
近日，西北工業(yè)大學(xué)崇少坤副教授與上海理工大學(xué)/澳大利亞伍倫貢大學(xué)的劉化鹍教授、竇世學(xué)教授在ACS Nano上發(fā)表了鈉離子電池不同類型負(fù)極材料的綜述文章。系統(tǒng)地闡明了插入型、轉(zhuǎn)換、合金、轉(zhuǎn)換-合金型和有機(jī)負(fù)極材料的儲(chǔ)能機(jī)理。然而，仍有一些問題需要澄清和解決，在此基礎(chǔ)上，對(duì)雜原子摻雜、異質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、表面改性、缺陷引入、分子工程、相態(tài)調(diào)控等有效策略進(jìn)行了全面總結(jié)。最后，展望了SIBs負(fù)極材料的挑戰(zhàn)和未來發(fā)展前景。
圖2. 鈉離子電池負(fù)極材料面臨的挑戰(zhàn)及解決策略
討論了不同負(fù)極材料的優(yōu)、缺點(diǎn)，并基于不同的儲(chǔ)鈉機(jī)制——插入型、有機(jī)型、轉(zhuǎn)換、合金和轉(zhuǎn)換-合金型——著重介紹了高性能負(fù)極材料的合理構(gòu)建思路并進(jìn)行總結(jié)。低比容量的插入型材料可通過雜原子摻雜、缺陷引入、相態(tài)調(diào)控、納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和構(gòu)筑復(fù)合材料等策略進(jìn)行改性。對(duì)于有機(jī)材料，電解質(zhì)中的溶解性和低電子電導(dǎo)率等問題受到越來越多的關(guān)注，分子結(jié)構(gòu)工程和復(fù)合材料設(shè)計(jì)是有前景的改性策略。對(duì)于轉(zhuǎn)換型、合金型以及轉(zhuǎn)換-合金型材料，納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、與導(dǎo)電基底復(fù)合以及構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)等改性策略有望同時(shí)實(shí)現(xiàn)高首次庫(kù)倫效率(ICE)、高的倍率性能和循環(huán)性能。
每種類型的負(fù)極材料都存在相應(yīng)弱點(diǎn)，為了克服上述問題，實(shí)現(xiàn)SIBs負(fù)極材料的實(shí)際和大規(guī)模應(yīng)用，未來的研究重點(diǎn)應(yīng)著重在設(shè)計(jì)開發(fā)新型材料、研究電解質(zhì)影響、利用先進(jìn)表征技術(shù)探索電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理、安全問題和商業(yè)化等方面。
圖3. 鈉離子電池負(fù)極材料的發(fā)展方向
相關(guān)論文發(fā)表在ACS?Nano上，西北工業(yè)大學(xué)科研助理喬雙燕為文章的第一作者，西北工業(yè)大學(xué)的崇少坤副教授、上海理工大學(xué)/澳大利亞伍倫貢大學(xué)的劉化鹍教授、竇世學(xué)教授為通訊作者。
崇少坤，西北工業(yè)大學(xué)柔性電子前沿科學(xué)中心/柔性電子研究院副教授。研究方向?yàn)橄冗M(jìn)納米材料的制備及在能源儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用，圍繞鋰/鈉/鉀離子電池正負(fù)極材料、金屬負(fù)極保護(hù)、固態(tài)電解質(zhì)等方面開展了一系列創(chuàng)新性工作。
劉化鹍?
上海理工大學(xué)/澳大利亞伍倫貢大學(xué)
劉化鹍院士，上海理工大學(xué)教授，澳大利亞伍倫貢大學(xué)杰出教授，伍倫貢大學(xué)超導(dǎo)與電子材料研究所能源材料專業(yè)創(chuàng)始人之一。劉院士的研究領(lǐng)域涵蓋清潔能源材料、材料科學(xué)與工程、電化學(xué)與應(yīng)用等。
竇世學(xué)?
上海理工大學(xué)/澳大利亞伍倫貢大學(xué)
竇世學(xué)院士，澳大利亞伍倫貢大學(xué)杰出教授，伍倫貢大學(xué)超導(dǎo)與電子材料研究所（ISEM）創(chuàng)始人，現(xiàn)為上海理工大學(xué)教授。主要從事電化學(xué)儲(chǔ)能、氫能與燃料電池、碳捕集、新型二維材料、超導(dǎo)材料等方向的基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用技術(shù)研究。
ACS Nano 2023, 17, 12, 11220–11252
Publication Date: June?8, 2023
Copyright ? 2023 American Chemical Society
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