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由于地球上鈉元素資源豐富，鈉離子電池與鋰離子電池有類似的工作機(jī)理，鈉離子電池有望成為未來(lái)大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用的電化學(xué)儲(chǔ)能器件，成為目前電化學(xué)能源工程研究的熱點(diǎn)。本文精選了2017上半年度的鈉離子電池前沿綜述，主要內(nèi)容包括“鈉離子電池的進(jìn)展和展望”，“新興鈉離子全電池的納米電極材料”，“快離子導(dǎo)體電極材料在鈉離子電池應(yīng)用中的挑戰(zhàn)和機(jī)遇”，“利用原子層沉積技術(shù)進(jìn)行原子尺度修飾和電極材料設(shè)計(jì)得到高性能鈉離子電池”等等，現(xiàn)在就讓我們來(lái)一睹為快吧~
1、Chemical Society Reviews綜述: 鈉離子電池的進(jìn)展和展望
能源生產(chǎn)和存儲(chǔ)技術(shù)日益受到研究者的關(guān)注，隨著鋰離子電池的應(yīng)用其資源不足且成本較高等弊端也逐漸顯露，促使研究者們利用資源豐富的鈉元素組裝得到鈉離子電池。鈉離子電池與鋰離子電池的相似儲(chǔ)能機(jī)理，使其成為極具發(fā)展?jié)摿Φ南乱淮鷥?chǔ)能設(shè)備。韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)Yang-Kook Sun教授（通訊作者）等人通過(guò)對(duì)鈉離子電池的電極材料（包括碳材料、過(guò)渡金屬氧/硫化物）目前研究進(jìn)展的介紹以及利弊的分析，強(qiáng)調(diào)在提升材料比容量的同時(shí)仍要關(guān)注如何提高鈉離子電池的整體能量密度。此外，綜述中也說(shuō)明了除電極材料以外，合適的電解液、添加劑以及隔膜也對(duì)電池的最終性能有很大的影響。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，鈉離子電池的電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電極匹配還存在許多挑戰(zhàn)。
2、Small綜述: 新興鈉離子全電池的納米電極材料
近年來(lái)，鈉離子電池由于其相對(duì)于鋰離子電池?fù)碛袃?chǔ)量豐富且成本較低的優(yōu)勢(shì)，得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。在鈉離子電池真正實(shí)際應(yīng)用前，如何由研究成果的電極材料轉(zhuǎn)換成為可用的最終鈉離子電池，建立一個(gè)半電池和全電池的橋梁是一個(gè)極具挑戰(zhàn)力的問題。
武漢理工大學(xué)的麥立強(qiáng)教授和安琴友等人通過(guò)該綜述介紹了水系和非水系鈉離子全電池面臨的主要挑戰(zhàn)和目前的研究進(jìn)展，鑒于全電池與半電池緊密的聯(lián)系，綜述中強(qiáng)調(diào)了無(wú)論是電極材料的結(jié)構(gòu)、組成和匹配性都對(duì)電池的最終性能有至關(guān)重要的影響，并對(duì)各類材料進(jìn)行了介紹。另外文中進(jìn)一步說(shuō)明了，要真正實(shí)現(xiàn)鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化，電極材料的組成、結(jié)構(gòu)、匹配性和電池技術(shù)都應(yīng)該得到進(jìn)一步的提升。
3、Advanced Materials綜述: 快離子導(dǎo)體電極材料在鈉離子電池應(yīng)用中的挑戰(zhàn)和機(jī)遇
NASICON型材料有著許多優(yōu)異的特性，比如穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)骨架、高的電子導(dǎo)電性和良好的熱穩(wěn)定性，因此可應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，包括鋰離子電池和鈉離子電池的電極，固態(tài)電解質(zhì)，鋰氧氣電池的薄膜，燃料電池和氣體傳感器等。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)余彥教授（通訊作者）等人在綜述中分析了NASICON型電極材料的優(yōu)缺點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)要獲取理想電化學(xué)性能電極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，除了材料的形貌以外，合成方法對(duì)最終的電化學(xué)性能也有密切的聯(lián)系。此外，綜述中對(duì)近期基于NASICON正極和負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)如何增強(qiáng)導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的研究進(jìn)展進(jìn)行了概述。NASICON系統(tǒng)提供了一種通用且十分有用的平臺(tái)用于保證正極和負(fù)極工作的可靠性和一致性。相比于其他鈉基、鋰基材料，NASICON活性材料由于其高電子導(dǎo)電性和相對(duì)低的能量密度，該材料能夠進(jìn)一步在功率指向型儲(chǔ)能設(shè)備中有更多的發(fā)展?jié)摿Α?/div>
對(duì)于清潔能源和可再生能源的需求，使得研究者們更多地將目光著眼于低成本、高效的鈉離子電池上。研究發(fā)現(xiàn)，金屬硫化物具有良好的氧化還原可逆性和高的比容量，是極具潛力的鈉離子電池電極材料。韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)Yang-Kook Sun教授（通訊作者）等就金屬硫化物作為鈉離子電池負(fù)極材料的最新進(jìn)展進(jìn)行了概述，并簡(jiǎn)要說(shuō)明了各個(gè)材料所對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能機(jī)制。除此以外，綜述中還提出了目前金屬硫化物面臨的問題和挑戰(zhàn)，旨在于促進(jìn)對(duì)于金屬硫化物相關(guān)電化學(xué)過(guò)程的全面理解，從而能夠由材料本身出發(fā)，設(shè)計(jì)得到具備所需活性和穩(wěn)定性的金屬硫化物，進(jìn)一步提升鈉離子電池的電化學(xué)性能。
4、Journal of Materials Chemistry A綜述: 利用原子層沉積技術(shù)進(jìn)行原子尺度修飾和電極材料設(shè)計(jì)得到高性能鈉離子電池
可再生清潔能源風(fēng)能和太陽(yáng)能等能量具有間歇運(yùn)行的特性，要實(shí)現(xiàn)這些能源的實(shí)際應(yīng)用就需要大型固定式儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠進(jìn)行有效的儲(chǔ)存和輸出，而鈉離子滿足大規(guī)模固定式儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求。原子層沉積技術(shù)（ALD）在應(yīng)用于鋰離子電池的基礎(chǔ)上，能夠解決鈉離子電池中的很多問題，該技術(shù)不僅能在電極材料的表面沉積一層極薄的薄膜，還能對(duì)納米材料的尺度、形貌、組成以及結(jié)晶性等進(jìn)行控制，顯示出極大的應(yīng)用前景。阿肯色大學(xué)的Xiangbo (Henry) Meng在綜述中簡(jiǎn)要介紹了ALD技術(shù)的基本原理，并說(shuō)明了鈉離子電池中應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行材料合成的最新進(jìn)展，說(shuō)明了該技術(shù)在表面改性和材料設(shè)計(jì)方面的優(yōu)勢(shì)，顯示了在新材料設(shè)計(jì)及合成過(guò)程中，ALD技術(shù)未來(lái)的發(fā)展前景及潛力。
5、Energy & Environment Science綜述: 高性能錳基層狀氧化物正極材料克服鈉離子電池挑戰(zhàn)
由于含鈉層狀氧化物的柔性和多功能性，且作為電極材料鈉離子能夠快速擴(kuò)散從而具備良好的倍率性能，該材料被視為鈉離子電池極具潛力的正極材料。同時(shí)，錳元素的成本低、環(huán)境友好促使其形成的層狀氧化物NaxMn1-y-zMyTMzO2（其中TM表示一種或多種過(guò)渡金屬元素，M表示一種或多種非過(guò)渡金屬元素）成為備受關(guān)注的材料體系。西班牙CIC EnergiGUNE和巴斯克大學(xué)的Teo´filo Rojo教授（通訊作者）在綜述中介紹了鈉錳層狀氧化物的最新進(jìn)展，分別對(duì)目前正極材料的電化學(xué)性能、物理性能和錳含量進(jìn)行了介紹，并進(jìn)一步討論了這一研究領(lǐng)域的現(xiàn)狀，并提出了該材料之后的發(fā)展方向。
6、Energy & Environment Science綜述: 室溫可用鈉離子電池電解液的設(shè)計(jì)策略及研究進(jìn)展
由于地球上鈉元素資源豐富，鈉離子電池與鋰離子電池有類似的工作機(jī)理，都是通過(guò)離子的嵌入和脫出實(shí)現(xiàn)其儲(chǔ)能過(guò)程，鈉離子電池有望成為未來(lái)大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用的電化學(xué)儲(chǔ)能器件，成為目前電化學(xué)能源工程研究的熱點(diǎn)。上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院馬紫峰教授（通訊作者）等在Energy & Environmental Science針對(duì)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化過(guò)程遇到的電解質(zhì)技術(shù)瓶頸問題，深入分析了國(guó)內(nèi)外鈉離子電池電解質(zhì)研發(fā)現(xiàn)狀，全面回顧鈉離子電池的液體、固體或凝膠型等三類電解質(zhì)的最新研究進(jìn)展，探討了滿足各種電極材料體系及安全性和長(zhǎng)循環(huán)壽命等功能需求的電解質(zhì)設(shè)計(jì)策略，并基于不同電解質(zhì)組成和形態(tài)，首次勾畫出鈉離子電池技術(shù)路線圖，闡述了不同電解質(zhì)類型及其電化學(xué)窗口和能量密度的變化規(guī)律，為鈉離子電池研究提供一條清晰的發(fā)展思路。
7、Journal of Materials Chemistry A綜述: 納米層狀金屬硫化物作為高性能鈉離子電池電極的研究進(jìn)展
在考慮成本和儲(chǔ)量?jī)纱笠蛩氐谋尘跋拢c離子電池日趨成為極具潛力的下一代儲(chǔ)能設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)鈉離子電池的高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性、較高的安全性等優(yōu)勢(shì)，組成電池的電極材料也迫切需要得到進(jìn)一步的發(fā)展。由于層狀過(guò)渡金屬硫族化合物 (MX2, M=Mo, W, Sn, V, Ti; X=S, Se, Te)具有高導(dǎo)電性、機(jī)械穩(wěn)定性、熱力學(xué)穩(wěn)定性以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等一系列優(yōu)勢(shì)，得到了眾多研究者的關(guān)注和青睞。合肥工業(yè)大學(xué)的許俊教授（通訊作者）等首次全面概述了層狀金屬硫族化合物作為負(fù)極材料在鈉離子電池中的研究進(jìn)展，重點(diǎn)介紹了如何通過(guò)納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、晶體結(jié)構(gòu)調(diào)控、摻雜/合金化以及復(fù)合材料的設(shè)計(jì)提升材料的電化學(xué)性能。另外，基于對(duì)MX2的了解與研究進(jìn)展分析，對(duì)今后其發(fā)展方向進(jìn)行了展望。
8、Advanced Energy Materials綜述: 噴霧熱解法制備得到高性能鋰/鈉離子電池的研究進(jìn)展
為了進(jìn)一步促進(jìn)鋰/鈉離子電池的發(fā)展，研究者們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中研發(fā)出了許多能夠提升電池性能的先進(jìn)電極材料。要真正實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換，就需要找到合適的制備技術(shù)和制備手段。噴霧熱解法的高度可擴(kuò)展性和兼容性，能夠?qū)崿F(xiàn)在線連續(xù)生產(chǎn)，為合成具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)的電極材料提供了很好的手段。馬里蘭大學(xué)的Michael R. Zachariah教授、王春生教授和韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院的Jang Wook Choi教授（通訊作者）通過(guò)對(duì)目前噴霧熱解法制備得到的相關(guān)鋰/鈉離子電池正負(fù)極材料的研究進(jìn)展介紹，并強(qiáng)調(diào)了由噴霧熱解法得到的特殊結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)對(duì)最終電池性能的影響。另外，雖然噴霧熱解法具有強(qiáng)大的制備能力，但是其仍存在一定的限制，在研究成果產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中，還需要挖掘更多生產(chǎn)工藝及手段。
9、Advanced Energy Materials綜述: 金屬硫化物在鈉離子電池中的應(yīng)用
對(duì)于清潔能源和可再生能源的需求，使得研究者們更多地將目光著眼于低成本、高效的鈉離子電池上。研究發(fā)現(xiàn)，金屬硫化物具有良好的氧化還原可逆性和高的比容量，是極具潛力的鈉離子電池電極材料。韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)Yang-Kook Sun教授（通訊作者）等就金屬硫化物作為鈉離子電池負(fù)極材料的最新進(jìn)展進(jìn)行了概述，并簡(jiǎn)要說(shuō)明了各個(gè)材料所對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能機(jī)制。除此以外，綜述中還提出了目前金屬硫化物面臨的問題和挑戰(zhàn)，旨在于促進(jìn)對(duì)于金屬硫化物相關(guān)電化學(xué)過(guò)程的全面理解，從而能夠由材料本身出發(fā)，設(shè)計(jì)得到具備所需活性和穩(wěn)定性的金屬硫化物，進(jìn)一步提升鈉離子電池的電化學(xué)性能。
【小結(jié)】
由前面的精選綜述我們可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于清潔能源和可再生能源的需求，使得研究者們更多地將目光著眼于低成本、高效的鈉離子電池上。然而從研究成果到實(shí)際運(yùn)用，乃至工業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)鈉電還面臨著許多挑戰(zhàn)。這就需要我們研究人員，繼續(xù)在制備工藝、電極材料的改進(jìn)以及匹配上作出更多的努力，才能早日實(shí)現(xiàn)鈉離子電池走到人們的日常生活中去。
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本文標(biāo)題: 2017上半年鈉離子電池前沿綜述精選
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