近日，上海科技大學(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院許超課題組在O3相鈉離子電池陰離子氧化還原正極材料方向取得重要進(jìn)展，研究成果以“Enabling the synthesis of O3-type sodium anion-redox cathodes via atmosphere modulation”為題在國際期刊《自然·通訊》(Nature Communications)上在線發(fā)表。
 

　　隨著全球?qū)Ω吣芰棵芏入姵夭牧闲枨蟮募眲≡鲩L，新型儲能材料的探索已成為能源領(lǐng)域的關(guān)鍵研究方向，其中，具有陰離子氧化還原活性(OAR)的鈉離子電池正極材料因其優(yōu)異的比容量特性而備受關(guān)注。然而，O3相OAR鈉離子正極材料的研究卻相對滯后，這主要是由于其合成工藝復(fù)雜、反應(yīng)機制不清晰，以及現(xiàn)有合成方法重現(xiàn)性差等。
 

　　針對上述科學(xué)挑戰(zhàn)，許超教授課題組創(chuàng)新性地運用多種同步原位表征技術(shù)，首次系統(tǒng)揭示了氣氛條件(特別是氧含量)在O3相OAR鈉離子正極材料合成過程中的關(guān)鍵調(diào)控作用。研究人員以O(shè)3-Na[Li1/3Mn2/3]O2體系為模型，通過精確控制實驗條件，證實了低氧環(huán)境是成功合成的必備條件。研究同時發(fā)現(xiàn)，合成過程中存在多次氧氣吸收-釋放的動態(tài)平衡，并伴生了多種中間相的生成與轉(zhuǎn)化，充分展現(xiàn)了該體系的反應(yīng)復(fù)雜性(如圖1所示)。
 

圖1: O3-Na[Li1/3Mn2/3]O2合成的原位表征。
 

　　基于對O3-Na[Li1/3Mn2/3]O2合成機理的深入理解，研究團(tuán)隊提出了一種創(chuàng)新的動態(tài)氣氛調(diào)節(jié)(DCA)合成策略。該方法已成功應(yīng)用于一系列Ti摻雜材料的可控合成，所獲得的材料表現(xiàn)出優(yōu)異的高比容量可逆性(~190 mAh g-1)(如圖2所示)。這項突破性研究不僅首次闡明了O3相OAR鈉離子正極材料復(fù)雜的合成機理，更為未來高性能儲能材料的設(shè)計與開發(fā)提供了重要的方法學(xué)指導(dǎo)和技術(shù)支撐。
 

　　圖2: Ti摻雜NaLi1/3Mn2/3-xTixO2 (x = 1/18、1/9和1/6) 的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能。
 

　　本項工作中，上海科技大學(xué)物質(zhì)學(xué)院2022級博士研究生仇奕霄、2023級碩士研究生劉沁哲和2021級碩士研究生陶江偉為共同第一作者，上海科技大學(xué)許超教授、中國科學(xué)院大學(xué)倫正言教授與南京大學(xué)王景陽教授為本文的共同通訊作者，上海科技大學(xué)為第一完成單位。