近日，中國科學院深圳先進技術研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究員及其團隊成員蘭元其、姚文嬌博士、何小龍等人在化學領域頂級期刊《德國應用化學》上發表混合聚陰離子正極材料綜述，全面評述了高效低成本混合聚陰離子正極材料的最新進展和發展策略("Mixed polyanionic compounds as positive electrodes in low-cost electrochemical energy storage", Angew. Chem. Int. Ed. 2020, DOI：10.1002/anie.201915666, IF: 12.257）。
由於鋰、鈷等資源儲量有限且分佈不均勻，鋰離子電池成本越來越高，難以滿足太陽能、風能、潮汐能等大規模儲能領域的發展需求。與鋰電相似，鈉離子電池、鉀離子電池以及多價離子電池的性能及發展前景如何，關鍵在於開發出相應的電極材料和製造工藝的優化。近年來，研究團隊圍繞儲能器件及關鍵材料開展了系列研究工作，在正極材料領域率先開展了草酸鹽體系 （Nat. Comm. 2019, 10, 3483）、混合聚陰離子體系（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 740,Nat. Comm. 2020, In press）新型正極材料的開發及其電化學反應機理的研究工作。
表1 無機晶體結構數據庫（ICSD-2018.2）中二聚型混合聚陰離子化合物統計
本綜述首先討論了多種金屬離子作為二次電池載荷離子的優缺點。載荷離子作為電池最關鍵的影響因素，其本徵物理、化學特性影響著電池的整體性能。綜述從資源、成本、離子半徑、價電子勢、荷質比及標準電勢六大方面，分析了各離子的特徵及其作為載荷離子的優缺點。其次，作為二次電池的短板，相關正極材料的性能決定了電池的電化學性能；尤其是提供電荷補償的過渡金屬離子對電池的容量、工作電壓、能量密度等有著重要的影響。
綜述從過渡金屬的資源、成本、電勢、可轉移電子數、環境友好程度及已知化合物種類六方面，分析、比較了常見過渡金屬作為二次電池正極材料氧化還原對的優缺點。最後，鑑於目前混合聚陰離子型正極材料研究較少的現狀，綜述詳細闡述了聚陰離子作為正極材料結構框架的穩定性優勢，總結了無機晶體結構數據庫中已有的混合聚陰離子化合物種類，指出了多種體系仍未被研究，闡明瞭在相關體系發現新化合物的可能性以及新型正極材料的潛在優勢。該綜述對發展高效低成本環保電池正極材料具有重要指導意義。 該研究得到了國家自然科學基金、廣東省科技計劃、深圳市科技計劃等項目資助。
文章來源：深圳先進院集成所功能薄膜材料研究中心
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