新聞網(wǎng)訊 近日，我校物理科學(xué)學(xué)院教師在國際頂級期刊《Advanced Functional Materials》發(fā)表了題為“Voltage Hysteresis in Transition Metal Oxide Cathodes for Li/Na-Ion Batteries”的綜述論文（Adv. Funct. Mater. 2023, 2300602）。青島大學(xué)為第一單位，李洪森教授為本文的通訊作者，碩士研究生李菲（被南開大學(xué)錄取攻讀博士學(xué)位）、劉仁斌為共同第一作者。
為了滿足電子產(chǎn)品、電動汽車和智能電網(wǎng)對大規(guī)模電化學(xué)儲能日益增長的需求，鋰/鈉（Li/Na）離子電池作為高能量密度儲能系統(tǒng)受到了廣泛關(guān)注。然而，正極和負極之間的容量不匹配（正極容量比負極容量小了近一個數(shù)量級）嚴重阻礙了Li/Na離子電池發(fā)展。因此，正極是決定Li/Na離子電池電化學(xué)性能的關(guān)鍵因素，開發(fā)合適的正極材料對于Li/Na離子電池的商業(yè)化應(yīng)用至關(guān)重要。目前所研究的正極材料主要包括層狀過渡金屬氧化物類、聚陰離子類、普魯士藍類和有機類等。其中，層狀過渡金屬氧化物因具有合適的工作電位、快速的二維離子擴散通道以及簡單的合成方法而成為有前景的候選者。另外，普遍認為層狀正極材料晶體結(jié)構(gòu)中的原子構(gòu)型必須是井然有序，這有利于離子的快速擴散。然而，隨著無序巖鹽（DRX）結(jié)構(gòu)中三維離子擴散滲透理論的發(fā)現(xiàn)，這一觀點正在被重新考慮。這種滲透發(fā)生在鋰離子通過中間四面體位點從一個八面體位點跳到另一個八面體位點時，其中在四面體位點上的鋰離子被視為是跳躍的活性鋰。研究中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了各種新型富鋰DRX正極材料，并展示出了高容量(>250 mAh g-1)。這些層狀過渡金屬氧化物材料因其獨特的優(yōu)點而受到了全世界研究者的廣泛關(guān)注。
盡管在應(yīng)用方面展示出了高容量，但這些氧化物材料也面臨著電壓滯后和容量衰減問題，因為與充電時的氧化還原過程相關(guān)的電壓不能在放電時恢復(fù)，這是阻礙這些材料發(fā)揮全部潛力的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。同時，這種電壓滯后在整個電化學(xué)循環(huán)中持續(xù)存在，導(dǎo)致平均放電電壓持續(xù)下降，不僅使能量密度最小化，大大降低了能源效率，而且阻礙了Li/Na離子電池的進一步發(fā)展和商業(yè)化。因此，對電壓滯后的理解尤為重要。最早在LiFePO4材料中發(fā)現(xiàn)電壓滯后時，實驗限制和缺乏理論框架使研究人員無法對這一現(xiàn)象得出具體結(jié)論。隨著研究電壓滯后的分析技術(shù)日益成熟，現(xiàn)在可以重新評估對電壓滯后來源的理解，甚至證明以前由于實驗限制而無法獲得的新發(fā)現(xiàn)。然而，電壓滯后的基本機制目前仍然是一個極具爭議的話題，有必要更全面地了解阻礙傳統(tǒng)和最先進的正極材料性能進一步提高的潛在問題。李洪森教授團隊通過整合各種觀點介紹了電壓滯后的來源和材料設(shè)計標準以減輕其的不良行為。隨后，從文獻中總結(jié)了大量與電壓滯后相關(guān)的表征技術(shù)以及在其使用時相應(yīng)的測量范圍。最后，提出了抑制電壓滯后措施的設(shè)計策略，使這些重要的正極材料重新走向?qū)嶋H應(yīng)用。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202300602
魯公網(wǎng)安備 37021202000856號 
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