通过钛替代提高钠离子电池的循环性能

卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT) 的研究人员通过改进 NaNiO 2阴极的循环性能，在钠离子电池 (SIB) 技术方面取得了重大进展。他们首次成功合成了阴极活性材料 NaNi 0.9 Ti 0.1 O 2，​​其比容量为 190 mAh/g，因此使其成为高能量密度 SIB 应用的潜在候选材料。这种创新方法不仅提高了电池稳定性，还推动我们向更先进的储能解决方案迈进。

NaNiO 2 (NNO)具有较高的理论比容量，作为 O3 型钠离子电池材料在超锂储能应用方面具有巨大潜力。然而，大 Na +离子的交换会导致严重的层间滑动和体积变化，从而降低循环性能。此外，Ni 3+引起的 Jahn-Teller 畸变(离子轨道周围电子排列不均匀)会对长期循环性能产生不利影响。解决这些问题可以在不久的将来显著增强 NNO 的实际应用。

解决方案：卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT) 的研究团队成功将 10 mol% Ti 4+引入 NNO 的 Ni 位。这有助于在 Na 缺乏相中保持更大的层间距离，并通过降低 Ni 的平均氧化状态来减轻 Jahn-Teller 活性。

未来：尽管NaNi 0.9 Ti 0.1 O 2 (NNTO)在循环性能方面比NNO有显著改善，但它仍然存在电池运行过程中体积变化大和高电位下不可逆晶格氧损失的问题。这些问题导致结构不稳定和容量衰减。为了解决电化学机械降解/失效问题，可以将掺杂剂引入NNTO的Na和/或过渡金属位点。

影响：通过结合物理和电化学表征技术，深入了解了 NNTO 容量衰减的潜在原因，为定制这种有前途的阴极活性材料提供了新途径。该研究结果有望为高能量密度电化学储能应用提供一种新型材料，对钠离子电池产生广泛影响。

该项研究成果最近发表在跨学科材料科学研究领域的著名国际期刊《材料未来》的在线版上。

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