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福建师范大学在层状氧化物正极方向取得进展

日期： 2025-03-05
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来源：福建师范大学科学技术处


钠离子电池（NIBs）被认为是锂离子电池（LIBs）的一种有前途的廉价替代品。其中，镍-铁-锰基NaNixMnyFezO2（NMF）正电极材料作为NIBs的正极候选材料引起了人们的关注。通过改变NMF中的成分（x:y:z）可以获得具有不同性质和性能的材料。这与LIBs中最受欢迎的正极材料LiNixMnyCozO2 （NMC）相似。自2000年代以来，人们对NMC进行了广泛的研究，研究人员和工业界对每种过渡金属元素的作用都进行了深入研究。根据具体的应用需求，NMC是量身定制的，侧重于特定方面，如能量密度，循环寿命，成本效益等。但是在NMF中，大部分的研究都是相当随机的，缺乏一致性和系统性。
因此洪振生课题组通过以NaNixMnyFezO2（NMF）材料为研究对象，采用材料组学方法，进行了全面系统的研究，构建了各种性质的三元相图，阐明了各元素的作用。例如，适度提高铁含量可以大大提高可逆容量，尽管普遍认为这会导致阳离子迁移和不可逆的结构破坏。为了将元素比与结构性质（包括电子结构、能级、晶体参数、钠离子传输性质、结构稳定性等）和电化学性能（容量、速率、循环等）相关联，选择具有代表性的元素比例进行表征、计算。建立不同元素配比的NMF材料库，预测和合理设计NMF材料，可以选择不同过渡金属配比的NMF材料满足各种不同的需要（循环寿命、容量、倍率性能等）。此外，还对正极的热稳定性和高温循环稳定性进行了评估，以确定它们是否适合实际应用。
研究成果以“Mapping the Composition-Property Relationship of Sodium Cathode Materials with Materiomics”为题发表于国际知名学术期刊《Nano Energy》。论文署名单位为福建师范大学，我校硕士研究生洪英斌为论文第一作者，福建师范大学洪振生教授、郑力拓副教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、福建省自然科学基金重点项目、福建省“雏鹰计划”青年拔尖人才、福建省自然科学基金、福建省教育厅和福建师范大学碳中和研究院公开基金等多方资助。
全文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285525001739?dgcid=coauthor
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