室温钠离子储能电池正极材料研究获进展

图1 Na3V2(PO4)3 /C复合材料的典型充放电曲线

图2 Na3V2(PO4)3 的充放电机制：典型两相反应

图3 基于Na3V2(PO4)3 /C复合材料和硬碳钠离子储能电池自1990年锂离子电池商品化以来，因其高能量/功率密度、质量轻、体积小等特点，小型电池现已广泛用于移动电话、摄像机、笔记本电脑等便携式电子设备。随着锂离子电池逐渐应用于电动汽车，锂的需求量将大大增加，然而锂的储量是有限的，且分布不均，这对于发展大规模储能的长寿命储能电池来说，会是一个重要问题。基于此背景，我们迫切需要开发新型的长寿命储能器件。由于钠在地壳中有丰富的储量，约占2.74 %，为第六丰富元素，分布广泛；以及和锂相似的电化学性质，室温钠离子电池又再次引起了大家的关注。与锂离子电池相比，钠离子电池的优势在于较低的成本，适合用于大规模储能。最近中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）清洁能源实验室E01组胡勇胜研究员和武汉理工大学陈文教授联合培养的博士生简泽浪等开发出一种新型Na3V2(PO4)3/C复合材料。作为钠离子电池正极时，充放电平台在3.4 V左右（如图1所示），其储钠平均电压高于目前报道的钠离子电池正极材料。 Na3V2(PO4)3/C复合材料的可逆容量达到100 mAh/g以上，接近其理论容量（117 mAh/g），首周库仑效率高达98%。原位XRD研究表明，该材料储钠机制为一典型的两相（ Na3V2(PO4)3 和NaV2(PO4)3）反应（如图2所示），其充放电过程中体积形变较小，约为8.3%。具有NASICON结构的 Na3V2(PO4)3 （其中2个Na占据晶格中18e位置，1个Na占据6b位置）材料结构稳定，Na+离子在脱嵌过程中，主体结构保持不变，循环稳定，适合作为长寿命钠离子储能电池的正极材料，可以和硬碳等负极材料构建室温钠离子电池（如图3所示）。该工作发表在Electrochemistry Communications, 2012, 14: 86-89上，为该杂志过去90天内下载量排前15名论文之一（http://www.journals.elsevier.com/electrochemistry-communications/most-read-articles/）。已申请了系列发明专利。相关工作得到了Advances In Engineering网站的报道。上述工作得到了科技部储能材料863创新团队、科学院知识创新工程能源项目群方向性项目、科学院百人计划的支持。（来源：中科院物理所清洁能源中心）