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首次发现钠离子电池中Cu2+/Cu3+可逆氧化还原

第一作者:徐淑银(中科院物理所)
通讯作者:胡勇胜(中科院物理所)

成果简介:
室温钠离子电池作为一种有前景的大规模储能技术,近些年受到越来越多的重视,而寻找成本低廉且性能优异的钠离子电池电极材料是实现其实际应用的关键之一。2014年中科院物理所徐淑银博士和胡勇胜研究员首次发现过渡金属Cu 元素在钠离子电池层状材料中可以实现Cu3+/Cu2+的可逆转变。作为此领域研究的国内外最新突破,此重要研究结果优先发表在我国科技期刊Chinese Physics B上。

他们设计和制备了P2相层状氧化物材料Na0.68[Cu0.34Mn0.66]O2,作为正极材料能实现可逆的钠离子脱嵌,对应的储钠电位在3.2 V vs. Na+/Na以上。该工作具有巨大的开创意义,为设计和发展室温钠离子电池正极材料开辟了新方向,基于此,他们又设计了一系列更具有实用化前景的含铜、铁、锰元素的钠离子电池层状正极材料:P2-Na7/9[Cu2/9Fe1/9Mn2/3]O2(李云明等,2015年)和O3-Na0.90[Cu0.22Fe0.30Mn0.48]O2(穆林沁等,2015年),这些工作为2018年6月全球首辆钠离子电动汽车的推出奠定了坚实基础。


团队介绍:
自2011年起,由中国科学院物理研究所清洁能源实验室的胡勇胜研究员带领研发团队在物理所三十多年锂电池研究积累的基础上,致力于低成本、安全环保、高性能钠离子电池技术的研发,独立开发了具有完全自主知识产权的钠离子电池体系,目前已经在正极、负极、电解质、添加剂、粘接剂等关键材料方面申请了30余项发明专利;已授权12项发明专利,其中包括美国和日本专利各1项。

该体系选用资源丰富的钠作为活性元素,正负极材料分别选用成本低廉的钠铜铁锰氧化物和无烟煤基软碳,从而具备了明显的成本优势。经过七年的努力,研发团队在科研及技术方面不断取得突破性进展,目前钠离子电池的能量密度已达到120 Wh/kg,是铅酸电池的3倍左右。低成本钠离子电池有望在低速电动车、电动船、家庭储能、电网储能等领域获得应用。

2017年,在团队推动下成立了国内首家专注于钠离子电池开发与制造的企业——中科海钠科技有限责任公司。2018年6月,中科海钠推出了全球首辆钠离子电池低速电动车(正极正是基于这篇CPB工作改进的材料),这标志着钠离子电池的商业化之路正式开启!


参考文献:
Shu-Yin Xu et al., Chin. Phys. B 23, 118202 (2014)

http://cpb.iphy.ac.cn/EN/abstract/abstract61888.shtml 

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