鈉離子電池前沿綜述

由于地球上鈉元素資源豐富，鈉離子電池與鋰電池有類似的工作機理，都是通過離子的嵌入和脫出實現其儲能過程，鈉離子電池有望成為將來大規模儲能使用的電化學儲能器件，成為目前電化學能源工程研究的熱點。本文精選了2017上半年度的鈉離子電池前沿綜述，緊要內容包括“鈉離子電池的進展和展望”，“新興鈉離子全電池的納米電極材料”，“快離子導體電極材料在鈉離子電池使用中的挑戰和機遇”，“利用原子層沉積技術進行原子尺度修飾和電極材料設計得到高性能鈉離子電池”等等，今朝就讓我們來一睹為快吧~

1、ChemicalSocietyReviews綜述:鈉離子電池的進展和展望

能源加工和存儲技術日益受到研究者的關注，隨著鋰電池的使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。鈉離子電池與鋰電池的相近儲能機理，使其成為極具發展潛力的下一代儲能設備。韓國漢陽大學Yang-KookSun教授（通訊作者）等人通過對鈉離子電池的電極材料（包括碳材料、過渡金屬氧/硫化物）目前研究進展的解析以及利弊的分解，強調在提升材料比容量的同時仍要關注要怎么樣提高鈉離子電池的整體能量密度。此外，綜述中也說明了除電極材料以外，適宜的電解液、添加劑以及隔膜也對電池的最終性能有很大的影響。在實際使用過程中，鈉離子電池的電池結構設計和電極匹配還存在許多挑戰。

2、Small綜述:新興鈉離子全電池的納米電極材料

近年來，鈉離子電池由于其相關于鋰電池擁有儲量豐富且成本較低的優點，得到了長足的發展。在鈉離子電池真正實際使用前，要怎么樣由研究成果的電極材料轉換成為可用的最終鈉離子電池，建立一個半電池和全電池的橋梁是一個極具挑戰力的問題。武漢理工大學的麥立強教授和安琴友（通訊作者）等人通過該綜述解析了水系和非水系鈉離子全電池面對的緊要挑戰和目前的研究進展，鑒于全電池與半電池緊密的聯系，綜述中強調了無論是電極材料的結構、組成和匹配性都對電池的最終性能有至關緊要的影響，并對各類材料進行知道析。另外文中進一步說明了，要真正實現鈉離子電池的產業化，電極材料的組成、結構、匹配性和電池技術都應當得到進一步的提升。

3、AdvancedMaterials綜述:快離子導體電極材料在鈉離子電池使用中的挑戰和機遇

NASICON型材料有著許多優異的特性，比如穩定的結構骨架、高的電子導電性和良好的熱穩定性，因此可使用于諸多范疇，包括鋰電池和鈉離子電池的電極，固態電解質，鋰氧氣電池的薄膜，燃料動力電池和氣體傳感器等。我國科學技術大學余彥教授（通訊作者）等人在綜述中分解了NASICON型電極材料的優缺點，強調要獲取理想電化學性能電極結構的設計原則，除了材料的形貌以外，合成辦法對最終的電化學性能也有密切的聯系。此外，綜述中對近期基于NASICON正極和負極材料的結構要怎么樣加強導電性和結構穩定性的研究進展進行了概述。NASICON系統供應了一種通用且十分有用的平臺用于保證正極和負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電性和相對低的能量密度，該材料能夠進一步在功率指向型儲能設備中有更多的發展潛力。

4、JournalofMaterialsChemistryA綜述:利用原子層沉積技術進行原子尺度修飾和電極材料設計得到高性能鈉離子電池

可再生清潔能源風能和太陽能等能量具有間歇運行的特性，要實現這些能源的實際使用就要大型固定式儲能系統能夠進行有效的儲存和輸出，而鈉離子滿足大規模固定式儲能系統的需求。原子層沉積技術（ALD）在使用于鋰電池的基礎上，能夠處理鈉離子電池中的很多問題，該技術不僅能在電極材料的表面沉積一層極薄的薄膜，還能對納米材料的尺度、形貌、組成以及結晶性等進行控制，顯示出極大的使用前景。阿肯色大學的Xiangbo(Henry)Meng在綜述中簡要解析了ALD技術的基本原理，并說明了鈉離子電池中使用該技術進行材料合成的最新進展，說明了該技術在表面改性和材料設計方面的優點，顯示了在新材料設計及合成過程中，ALD技術將來的發展前景及潛力。

5、Energy&EnvironmentScience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

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，錳元素的成本低、環境友好促使其形成的層狀氧化物NaxMn1-y-zMyTMzO2（其中TM表示一種或多種過渡金屬元素，M表示一種或多種非過渡金屬元素）成為備受關注的材料體系。西班牙CICEnergiGUNE和巴斯克大學的Teo′filoRojo教授（通訊作者）在綜述中解析了鈉錳層狀氧化物的最新進展，分別對目前正極材料的電化學性能、物理性能和錳含量進行知道析，并進一步討論了這一研究范疇的現狀，并提出了該材料之后的發展方向。

6、Energy&EnvironmentScience綜述:室溫可用鈉離子電池電解液的設計策略及研究進展

由于地球上鈉元素資源豐富，鈉離子電池與鋰電池有類似的工作機理，都是通過離子的嵌入和脫出實現其儲能過程，鈉離子電池有望成為將來大規模儲能使用的電化學儲能器件，成為目前電化學能源工程研究的熱點。上海交通大學化學化工學院馬紫峰教授（通訊作者）等在Energy&EnvironmentalScience針對鈉離子電池產業化過程遇到的電解質技術瓶頸問題，深入分解了國內外鈉離子電池電解質研發現狀，全面回顧鈉離子電池的液體、固體或凝膠型等三類電解質的最新研究進展，探討了滿足各種電極材料體系及安全性和長循環壽命等功能需求的電解質設計策略，并基于不同電解質組成和形態，首次勾畫出鈉離子電池技術路線圖，闡述了不同電解質類型及其電化學窗口和能量密度的變化規律，為鈉離子電池研究供應一條清晰的發展思路。

7、JournalofMaterialsChemistryA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展

在考慮成本和儲量兩大因素的背景下，鈉離子電池日趨成為極具潛力的下一代儲能設備。為了實現鈉離子電池的高能量密度、長循環穩定性、較高的安全性等優點，組成電池的電極材料也急切要得到進一步的發展。由于層狀過渡金屬硫族化合物(MX2,M=Mo,W,Sn,V,Ti;X=S,Se,Te)具有高導電性、機械穩定性、熱力學穩定性以及結構穩定性等一系列優點，得到了眾多研究者的關注和酷愛。合肥工業大學的許俊教授（通訊作者）等首次全面概述了層狀金屬硫族化合物作為負極材料在鈉離子電池中的研究進展，重點解析了要怎么樣通過納米結構設計、晶體結構調控、摻雜/合金化以及復合材料的設計提升材料的電化學性能。另外，基于對MX2的知道與研究進展分解，對今后其發展方向進行了展望。

8、AdvancedEnergyMaterials綜述:噴霧熱解法制備得到高性能鋰/鈉離子電池的研究進展

為了進一步促使鋰/鈉離子電池的發展，研究者們在試驗室中研發出了許多能夠提升電池性能的先進電極材料。要真正實現從試驗室到產業化加工的轉換，就要找到適宜的制備技術和制備手段。噴霧熱解法的高度可擴展性和兼容性，能夠實今朝線繼續加工，為合成具有復雜結構和化學性質的電極材料供應了很好的手段。馬里蘭大學的MichaelR.Zachariah教授、王春生教授和韓國科學技術院的JangWookChoi教授（通訊作者）通過對目前噴霧熱解法制備得到的相關鋰/鈉離子電池正負極材料的研究進展解析，并強調了由噴霧熱解法得到的特殊結構及其結構對最終電池性能的影響。另外，雖然噴霧熱解法具有強大的制備能力，但是其仍存在一定的限制，在研究成果產業化過程中，還要挖掘更多加工工藝及手段。

9、AdvancedEnergyMaterials綜述:金屬硫化物在鈉離子電池中的使用

關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。研究發現，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。韓國漢陽大學Yang-KookSun教授（通訊作者）等就金屬硫化物作為鈉離子電池負極材料的最新進展進行了概述，并簡要說明了各個材料所對應的儲能機制。除此以外，綜述中還提出了目前金屬硫化物面對的問題和挑戰，旨在于促使關于金屬硫化物相關電化學過程的全面理解，從而能夠由材料本身出發，設計得到具備所需活性和穩定性的金屬硫化物，進一步提升鈉離子電池的電化學性能。

【小結】

由前面的精選綜述我們可以發現，關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際運用，乃至工業化的大規模加工鈉電還面對著許多挑戰。這就要我們研究人員，持續在制備工藝、電極材料的改進以及匹配上作出更多的努力，才能早日實現鈉離子電池走到人們的日常生活中去。

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