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孙教授团队研发了一种基于双阴离子框架的新型钠超离子导体，以提高全固态钠离子电池（ASSNIBs）的性能。该研究通过引入氧氯化物钠导体，展示了显著的室温导电率、良好的机械性能以及宽广的电化学稳定窗口，为推动钠离子电池技术的发展提供了新的方向。
背景介绍
钠离子电池由于钠资源丰富，被视为锂离子电池的潜在替代方案，尤其适用于大规模储能。然而，钠离子电池面临两个主要问题：相对较低的能量密度和使用易燃液态电解质带来的安全隐患。为解决这些问题，开发全固态钠离子电池成为一种理想方案。全固态电池通过使用固态电解质（SSE）替代液态电解质，不仅大幅提高了电池的安全性，还可提升其能量密度。
主要研究成果
研究人员开发了一系列基于双阴离子框架的氧氯化物钠超离子导体材料（NMOCs），其中钠氧化物-氯化物导体Na₂O₂-HfCl₄（NHOC）在室温下展现了高达2.0 mS/cm的离子导电率。
xNa₂O₂–MCly（M = Hf、Zr 和 Ta）固态电解质的合成与性能
这些新材料具备出色的机械稳定性和电化学性能，与传统基于单阴离子结构的钠导体相比表现更为优异。该类材料具有：
高导电率：NHOC导体在室温下的导电率达到了2.0 mS/cm，远超许多传统钠超离子导体。这得益于其氧氯化物结构，能够有效地降低钠离子的迁移能垒，从而增强导电性。
机械性能：该材料具备适中的杨氏模量，确保了在电池运行过程中与电极材料的良好接触，提升了电池的循环稳定性。
宽电化学稳定窗口：NMOCs材料的电化学稳定窗口在1.83至4.03V之间，适用于更高电压范围的电池应用。
使用NHOC固态电解质的全固态钠离子电池（ASSNIBs）的电化学性能：
应用前景
该研究成果为全固态钠离子电池的发展提供了重要支持，尤其是在提高电池能量密度和安全性方面。NMOCs材料不仅在室温下展现出优异的导电性能，还表现出在复杂环境下的稳定性和兼容性，适用于未来大规模储能、便携式电子设备和电动汽车等领域。相比传统的液态电池，这些新型固态电池的安全性大大提高，且在高电压和低温环境下仍能保持良好的性能。
通过这项研究，研究团队展示了基于双阴离子结构的新型导体材料在全固态电池中的应用潜力，推动了钠离子电池技术向更高性能、更高安全性方向的发展。这一突破为未来固态电池的研究提供了新的思路，特别是在高能量密度和长循环寿命方面，NMOCs材料有望成为下一代储能技术的重要基石。
作者介绍
这项研究的通讯作者是Xueliang Sun (孙学良)，他在能源存储和电池领域具有广泛的研究背景。孙学良教授现任加拿大西安大略大学机械与材料工程系教授，是该校领先的材料研究中心和能源存储研究组的核心成员。他的研究重点包括：高性能能源存储材料，锂离子电池和钠离子电池，以及全固态电池技术。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41563-024-02011-x
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