微量钙掺杂技术：解决钠离子电池正极稳定性难题

来自 实验室仪器网

化学上的微小调整，只需1%的钙，就可以解决阻碍钠离子电池为清洁能源未来提供动力的最大障碍之一。

研究人员开发了一种简单的钙掺杂技术，可以显着提高钠离子电池正极的空气和水分稳定性。该研究发表在《材料化学杂志A》上。

该团队增强了一种有前途的正极材料Na2/3[铁1/2锰1/2]O2（NFM），通过用钙代替少量钠。尽管钙的添加量不到电极重量的2%，但在不影响电池性能的情况下显着提高了环境耐受性。

在标准条件下，NFM在暴露在空气中仅两天后就会损失高达35%的容量。钙掺杂版本在同一时期保持了满负荷，并且没有表现出可测量的降解。它还在更高的放电率下优于未掺杂的材料，在1C时的容量是原来的两倍多，并显示出更好的循环稳定性。

表面分析表明，稳定性的增强源于Ca的自发迁移2+到颗粒表面，形成防止Na/H交换和结构破坏的保护层。保护作用延伸到浆料制备，其中掺杂钙的样品抵抗了在空气中处理时通常影响NFM的凝胶化问题。

虽然长期暴露仍会导致一些表面降解，但钙掺杂的NFM在潮湿空气和直接水浸中仍然比未掺杂的NFM更具弹性。

根据表面分析，稳定性的提高似乎源于暴露在空气中Ca的自发迁移，这导致了富含Ca的保护性表面层的形成，抑制了分解过程，如Na/H交换和Na脱层。
这种新探索的机制似乎对于减轻层状氧化物的表面降解反应非常有效。

研究人员认为，这种方法可以帮助实现水性粘合剂系统并简化电极制造，使钠离子技术更接近可再生能源电网的实际使用。

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