卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的研究人员通过改善NaNiO2正极材料的循环性能使钠离子电池（SIB）在技术方面取得了重大进展。他们成功合成了首个具有比容量高达190 mAh/g的正极活性材料NaNi0.9Ti0.1O2，使其成为高能量密度钠离子电池正极材料的潜在候选者之一。这一创新方法不仅提高了电池的稳定性，也推动了先进储能解决方案前进的步伐。
NaNiO2（NNO）由于其较高的理论比容量，显示出其作为O3型钠离子电池材料在超越锂离子储能应用中的巨大潜力。然而较大的Na+离子在电池循环过程中的嵌入和嵌出会导致材料内部发生严重的层间滑动和体积变化，从而降低了循环性能。此外，由于Ni3+引起的Jahn-Teller畸变，即离子轨道周围电子的不均匀排列，也会进一步影响长期的循环性能。因此解决这些问题可以显著增强NNO在不久将来中的实际应用。
解决方案
来自卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的研究团队成功地将10 mol% 的Ti4+引入到NNO中的Ni位点。这有助于NaNi0.9Ti0.1O2在电池循环的缺钠相中保持较大的层间距，并同时可以降低Ni的平均氧化态来减轻Jahn-Teller畸变。
未来展望
虽然NaNi0.9Ti0.1O2（NNTO）在循环性能上和NNO相比有了显著的改善，但在电池运行期间仍然面临较大的体积变化和高电位下不可逆的晶格氧损失。这些问题会导致其结构的不稳定和容量衰减。为了解决上述的电化学机械降解/失效，可以将掺杂剂进一步引入NNTO的钠和/或过渡金属位点。
影响
通过结合物理和电化学表征技术，研究人员深入了解了NNTO容量衰减的潜在原因，从而为优化这一有前途的正极活性材料提供了新的方法。这些研究成果有望为钠离子电池提供一种新型材料，对高能量密度电化学能量存储应用产生广泛影响。
参考文献
Siyu An, Leonhard Karger, Sören L. Dreyer, Yang Hu, Eduardo Barbosa, Ruizhuo Zhang, Jing Lin, Maximilian Fichtner, Aleksandr Kondrakov, Jürgen Janek, Torsten Brezesinsk. Improving Cycling Performance of the NaNiO2 Cathode in Sodium-Ion Batteries by Titanium Substitution. Materials Futures, 2024, DOI: 10.1088/2752-5724/ad5faa.
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“未来展望”，展示该研究领域前瞻性专家观点
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期 刊 简 介
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Materials Futures（《材料展望》， ISSN 2752-5724）创刊于2022年，由松山湖材料实验室与英国物理学会出版社（IOPP）联合出版，入选“2022年度中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊”、“2023年度广东省高起点英文新刊项目”，2023年3月成为国际出版伦理委员会 (COPE) 成员，现已被ESCI、Ei、Scopus、Inspec、DOAJ、万方等数据库收录。获得首个影响因子12.0，在全球材料综合类438本期刊中排名第41，位列Q1区。本期刊面向全球开放获取，免收作者版面费 (APC)。期刊致力于打造材料科学领域的高水平综合性期刊，为全球材料领域科学家搭建学术交流与合作平台。刊载范围聚焦结构材料、能源材料、生物材料、纳米材料、量子材料、信息材料、材料理论与计算。
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