近日，biwn必赢乔羽教授课题组在激发氧化钠阴离子的氧化活性来获得高容量的正极补钠剂研究中取得重要进展。相关成果以“Achieving High-Capacity Cathode Presodiation Agent Via Triggering Anionic Oxidation Activity in Sodium Oxide”为题发表在Adavanced Materials上（Doi: 10.1002/adma.202407720）。
锂离子电池（LIBs）虽然是便携式设备和电动汽车的主要储能技术，但锂资源的稀缺和分布不均限制了其市场扩展。相比之下，钠资源丰富且成本低，使钠离子电池（SIBs）成为具有吸引力的替代方案。在 SIBs 的初始循环中，负极侧不可逆地消耗从正极释放的有限钠源，导致首圈库仑效率（ICE）降低，从而降低能量密度。在全电池系统中，释放正极材料固有的全部容量是一项复杂且具有挑战性的工作。特别是当与主流硬碳（HC）负极结合使用时，其相对较低的 ICE（70-90%）不可避免地会引发活性钠的不可逆消耗，导致全电池容量的大量损失。同时，SIBs 的能量密度明显落后于 LIBs，任何微小的容量损失都会对其应用产生重大影响。因此，发展补钠技术势在必行。
基于此，研究团队选用NiO作为过渡金属源，将Ni元素精确植入到Na2O框架中，借此引入掺杂能级和Na空位，从而调控Na2O的能级和能带结构，提高其导电性。同时，结合NiO表面的催化作用，加速Na-O键的断裂和O-O键的形成，协同促进Na2O的分解。进一步阐明了补钠剂的局部结构演变和氧阴离子的反应路径，明确了过渡金属与氧阴离子氧化活性之间的相互作用，并对相关反应产物和残留物进行了定性和定量分析。与金属氧电池中表面接触机制（如ORR产物与催化框架之间）不同，该研究通过调控材料内部的局部结构和补钠剂的表面催化网络框架，加速了Na2O的分解动力学。此外，还对正极补钠剂进行了综合评价，倡导在未来的研究中建立规范化的研究范式，实现补钠剂和补锂剂的高效利用，从而显著提高钠离子和锂离子电池的能量密度。
该项研究工作在乔羽教授的指导下完成，2023级博士生陈毅龙为第一作者。该论文得到国家自然科学基金（22179111、22021001），中国科学技术部（2023YFB2406200），嘉庚创新实验室基础研究项目（RD2021070401），以及固体表面物理化学国家重点实验室等支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202407720
