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锰基层状氧化物阴极因其高容量、低成本而受到广泛关注，但其空气稳定性差、相变不可逆、动力学缓慢等缺点制约了其实际应用。基于此，2024年11月16日，温州大学侴术雷教授、肖遥特聘教授、朱燕芳特聘教授团队在国际期刊Journal of the American Chemical Society发表题为《A Universal Interfacial Reconstruction Strategy Based on Converting Residual Alkali for Sodium Layered Oxide Cathodes: Marvelous Air Stability, Reversible Anion Redox, and Practical Full Cell》的研究论文，团队成员硕士孔令益、Li Jia-Yang为论文共同第一作者。在此，研究团队使用O₃ NaNi₀.₄Fe₀.₂Mn₀.₄O₂@2 mol% Na₀.₄₄MnO₂ (NaNFM@NMO)为原型材料，提出了一种基于将残碱转化为隧道相Na₀.₄₄MnO₂的通用界面重构策略，同时解决了上述问题。优化后的材料显示出与锂离子电池相当的初始容量和能量密度。通过软X射线吸收光谱和原位X射线吸收光谱对NaNFM@NMO的可逆阴离子氧化还原行为和电荷补偿机制进行了分析和验证。由于隧道结构的固有稳定性，NaNFM@NMO阴极材料获得了优异的空气稳定性和高度可逆的结构演变，接触角测试、严格的老化测试和原位X射线衍射证实了这一点。更重要的是，NaNFM@NMO阴极与非预钠化硬碳阳极匹配良好，并表现出优异的全电池电化学性能。此外，该策略还可应用于P2型阴极材料的改性，具有较好的通用性和工业化生产的良好前景。总之，该研究所提出的策略可以提高空气稳定性，同时保持界面和体积稳定，并增强钠离子电池中锰基层状氧化物阴极材料的实际应用。
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图1：纳米NaNFM和NaNFM@NMO阴极材料结构![]()
图2：NaNFM和NaNFM@NMO阴极材料在2-4.3 V电压窗内的电化学性能和动力学分析。![]()
图3：NaNFM@NMO阴极材料的电荷补偿机制。
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图4：NaNFM@NMO阴极材料在Na+插层/脱出过程中的晶体结构演变。![]()
图5：纳米NaNFM和NaNFM@NMO阴极材料在空气中暴露3、5和7天后的物理和电化学性能。
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图6：NaNFM@NMO阴极材料的全电池应用及基于隧道结构的原位界面转化方法的通用策略。
A Universal Interfacial Reconstruction Strategy Based on Converting Residual Alkali for Sodium Layered Oxide Cathodes: Marvelous Air Stability, Reversible Anion Redox, and Practical Full Cell, Journal of the American Chemical Society, 2024. https://doi.org/10.1021/jacs.4c04766.
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