苏州大学张亮，ACS Nano：稳定氧空位化学助力高性能钠离子电池

随着全球能源需求的增长和环境问题的日益严峻，开发新型高效能源存储系统变得尤为重要。钠离子电池（SIBs）因其低成本和资源丰富的优势，被视为锂离子电池（LIBs）的理想替代品。在SIBs中，层状过渡金属氧化物正极材料因其高能量密度和长循环寿命而备受关注。

在此，苏州大学张亮团队揭示了层状过渡金属氧化物（TM）氧化物正极材料中内在氧空位（OVs）与阴离子氧化还原介导的OVs之间的相互作用，并提出了一种通过引入高价态Nb5+来稳定氧空位的策略。这种策略能够有效调节OVs的动态行为，抑制阴离子氧化还原介导的OVs的形成和扩散，从而提高材料的结构完整性和电化学性能。研究人员通过实验和理论计算相结合的方法，证明了Nb5+的引入可以增强TM-O键的稳定性，阻止OVs的迁移网络形成，从而提高OVs的形成能量，抑制OVs在充放电过程中的连续迁移。

图1. 金属-氧键能和价态合理调节氧空位的元素选择

总之，该工作成功揭示了内在氧空位与阴离子氧化还原介导的氧空位之间的相互作用，并提出了一种有效的氧空位稳定策略。该项工作不仅增进了对氧空位在高性能能源存储系统开发中作用的理解，还为设计和合成新型高稳定性、高能量密度的钠离子电池正极材料提供了重要的指导。通过引入高价态Nb5+，作者成功地调控了氧空位的动态行为，抑制了阴离子氧化还原介导的氧空位的形成和扩散，从而显著提高了材料的结构完整性和电化学性能。因此，该工作为未来钠离子电池正极材料的研究和开发开辟了新的道路，有望推动钠离子电池技术的实际应用和商业化进程。

图2. 电池性能

Stabilized Oxygen Vacancy Chemistry toward High-Performance Layered Oxide Cathodes for Sodium-Ion Batteries, ACS Nano 2024 DOI: 10.1021/acsnano.4c14724