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在對鈉離子電池層狀氧化物正極材料的研究中，電化學(xué)惰性元素替代（特別是進(jìn)入鈉層）是目前實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和性能改善的有效策略。然而，這些惰性元素如何發(fā)揮作用的潛在機(jī)制仍不明確。

在此，北京科技大學(xué)劉永暢教授和鄧世清副教授等人基于對一系列P2-Na_0.84Mn_0.67Ni_0.3-xMg_x￡_0.03O₂的系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)：不同位點(diǎn)的電化學(xué)惰性離子在調(diào)節(jié)局部結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

具體而言，Na位Mg一方面可以顯著提高正極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有效抑制高壓區(qū)的相變（穩(wěn)定效應(yīng)）；另一方面過多的Na位Mg會阻礙快速充電/放電狀態(tài)下的鈉離子擴(kuò)散（阻塞效應(yīng)）。

研究發(fā)現(xiàn)，這兩種效應(yīng)的最佳平衡可使Na_0.84Mn_0.67Ni_0.2Mg_0.10.03O₂（NMNM-1）正極具有優(yōu)異的倍率和循環(huán)性能。NMNM-1正極在0.1 C和20 C時分別具有156.5和71.0 mAh g^?1的容量且在0.1 C下循環(huán)50次后容量保持率為98.3%。

圖1. Na_0.84Mn_0.67Ni_0.3-xMg_x￡_0.03O₂(x = 0, 0.05, 0.1, 0.2) ( x = 0 ?, 0.05, 0.1, 0.2)的電化學(xué)性能

此外，通過GITT 和原位XRD 進(jìn)一步驗(yàn)證了材料存在阻斷效應(yīng)和穩(wěn)定效應(yīng)，為提出的機(jī)制提供了有力的證據(jù)。同時異位XAS和 XPS 闡明了陽離子和陰離子的價態(tài)變化，以及它們在充電/放電過程中在不同區(qū)域的容量貢獻(xiàn)。

總之，這項(xiàng)研究促進(jìn)了對電化學(xué)惰性離子摻雜的兩個關(guān)鍵作用的理解，同時可用于指導(dǎo)對高性能鈉和鋰氧化物正極材料的研究。

北科劉永暢/鄧世清EnSM: 惰性元素替代在提高鈉氧化物正極材料倍率性能關(guān)鍵作用中的新見解

圖2. ?NMNM-1正極的儲鈉機(jī)制

New insights into the critical role of inactive element substitution in improving the rate performance of sodium oxide cathode material，Energy Storage Materials 2023，DOI: 10.1016/j.ensm.2023.01.005

原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/11/911a34e0ce/

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