中國粉體網(wǎng)訊  鈉離子電池具有與鋰離子電池相似的工作機(jī)理,；鈉儲量豐富，成本低廉,，有望替代鋰離子電池,，在動力電池和儲能系統(tǒng)中大規(guī)模應(yīng)用,。然而，鈉離子比鋰離子大且重,，導(dǎo)致鈉離子的傳輸和反應(yīng)動力學(xué)緩慢,。因此，亟需設(shè)計具備快速反應(yīng)動力學(xué)的鈉離子電池的電極材料,。

近日,，深圳大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院米宏偉副教授團(tuán)隊在鈉離子電池儲能領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展,，在期刊《Nano Energy》上發(fā)表了題為“Fast Ion Diffusion Kinetics Based on Ferroelectric and Piezoelectric Effect of SnO₂/BaTiO₃ Heterostructures for High-rate Sodium Storage”的研究論文。該論文巧妙地設(shè)計了SnO₂/BaTiO₃負(fù)極材料,，結(jié)合原位XRD和掃描電化學(xué)顯微鏡等先進(jìn)技術(shù)對BaTiO₃的鐵電性和壓電性形成的局部微電場對實現(xiàn)快速反應(yīng)動力學(xué)和高效儲鈉進(jìn)行深入探討,。深圳大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院米宏偉副教授為論文唯一通訊作者,，化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院2019級碩士研究生李蕊為論文的第一作者，深圳大學(xué)為唯一完成單位,。

在合金材料（P、Si等）中引入BaTiO₃可有效提升電極材料的反應(yīng)動力學(xué),，以往的研究認(rèn)為這是BaTiO₃壓電效應(yīng)的結(jié)果,，忽視了BaTiO₃鐵電效應(yīng)的作用。在此,，米宏偉副教授團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn)BaTiO₃對電極材料反應(yīng)動力學(xué)的提升來自于兩個方面：一方面，由于BaTiO₃的鐵電性,，在充放電過程中原位形成局部微電場,，可加速鈉離子傳輸；另一方面,，BaTiO₃可以利用合金化反應(yīng)的體積效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力形成壓電勢，可調(diào)控鈉離子傳輸,。

該項工作首次提出BaTiO₃的鐵電效應(yīng)和壓電效應(yīng)產(chǎn)生的局部微電場在促進(jìn)鈉離子擴(kuò)散和提高SnO₂負(fù)極的倍率性能方面起著突出的作用，特別是鐵電性的作用不可忽視,。實驗結(jié)果證實鐵電效應(yīng)來自于外部電場對BaTiO₃的極化使其電荷分離，其引起的局部微電場起主導(dǎo)作用,，而壓電效應(yīng)來自于SnO₂體積膨脹產(chǎn)生應(yīng)力對BaTiO₃的擠壓可增強(qiáng)該微電場。該研究闡明了即使體積效應(yīng)作用下的BaTiO₃的極化方向是任意的,，SnO₂/BaTiO₃復(fù)合材料仍能加速鈉離子傳輸?shù)臋C(jī)制,。因此，氮摻雜的碳納米纖維包覆的SnO₂/BaTiO₃復(fù)合材料用作鈉離子電池負(fù)極,，表現(xiàn)出優(yōu)異的快充性能和長循環(huán)能力，在大電流密度下可循環(huán)10000圈,。該研究結(jié)果對于設(shè)計新型合金基復(fù)合材料實現(xiàn)可快充堿金屬離子電池具有重要的指導(dǎo)意義,。

項目支持：國家自然科學(xué)基金委員會,，面上項目，51874199,，高性能鈉離子電池負(fù)極合金化誘發(fā)壓電效應(yīng)調(diào)控鈉脫嵌的實現(xiàn)方法，2019/01/01-2022/12/31,61萬,，在研,，主持,。

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https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106591

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/波德）

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