枚棕酸二钠在充放电过程中的反应机理    

   近日，斯坦福大学鲍哲南教授与崔屹教授联手，在Nature Energy杂志上发表研究论文，研究了枚棕酸二钠在充放电过程中的反应机理，并通过电解液与充放电截止电压的调整，成功实现了枚棕酸二钠的高容量可逆充放。

   相比锂元素，钠元素在地球上储备丰富、容易获取又环境友好，因而钠离子电池一直被认为是比较理想的锂离子电池替代方案之一。不过，由于缺少合适的正极和负极材料，钠离子电池的倍率性能和循环稳定性远远达不到商用的要求。枚棕酸二钠(Na2C6O6)充放电过程中理论上可与4个钠离子反应，比容量高达501 mAh/g，是很有前途的正极材料之一，但与理论值相比，这种材料的实际可逆容量却低很多，鲍哲南教授与崔屹教授联手，研究了玫棕酸二钠材料充放电过程中的相变机理，找到了之前循环性能差、实际容量达不到理论容量的原因，并实现了484 mAh/g的可逆循环容量和726 Wh/kg(cathode)的能量密度。

   本文工作中，研究者发现α-Na2C6O6更加稳定。放电过程中，随着钠离子的嵌入，玫棕酸二钠会发生相变，转化为层状的γ-Na2C6O6相。而充电过程中，钠离子则会逐渐脱嵌。当电压达到2.9 V到3.2 V时，出现了一个新的电压平台，这是由于γ-Na2C6O6转变成了α-Na2C6O6。由于该相变需要较大的活化能，通常呈现出高度的不可逆性。研究者通过对比活性颗粒大小和电解液对相变的影响发现，采用纳米尺寸的Na2C6O6颗粒在二乙二醇二甲醚(DEGDME)电解液溶剂中可以促进可逆相变，从而提高正极材料的循环性能和可逆容量。

Nature Energy 2, 861–868 (2017)

doi:10.1038/s41560-017-0014-y

https://www.nature.com/articles/s41560-017-0014-y

（李赫）