孙学良院士团队开发双阴离子基钠超离子导体，为全固态钠离子电池带来新突破
孙学良院士团队开发双阴离子基钠超离子导体，为全固态钠离子电池带来新突破
加拿大西安大略大学孙学良院士团队近日在全固态钠离子电池领域取得重要突破。该团队开发出一种新型双阴离子基钠超离子导体（Na2O2-MCly; M = Hf, Zr, Ta），通过同时引入氧离子和氯离子，突破了传统单一阴离子框架固态电解质的局限。这种新材料不仅提高了离子电导率，还改善了电解质与正极的界面兼容性，显著提升了全固态钠离子电池的整体性能和循环稳定性。
研究背景与意义
近年来，孙学良院士团队一直致力于全固态电池技术的研究，在锂基卤化物固态电解质领域取得了多项突破。考虑到锂资源的紧缺以及当前能源市场的需求，团队将研究方向进一步扩展到全固态钠电池领域。
技术创新与突破
该团队采用混合阴离子的策略，通过组合多种阴离子来取长补短，创造出性能优于单一阴离子电解质的材料。他们选择氧和氯作为主要的阴离子，并通过固相法和熔融法等合成方法，最终合成了基于氧氯双阴离子的固态电解质。
由于双阴离子固态电解质具有非晶的结构特性，传统的晶体学方法难以适用。为此，研究团队结合拉曼光谱、电化学阻抗、对分布函数分析、扩展 X 射线吸收精细结构分析和分子动力学模拟等技术，深入解析了材料的结构和离子传导机制。
图 | 双阴离子基钠超离子导体的结构示意图（来源：Nature Materials）
应用前景
这种新型全固态钠离子电池兼具高安全性、高能量密度、高经济效益以及环保特性，预计将在多个关键领域得到应用：
- 电动汽车领域：能够显著增加单次充电的续航里程，同时避免液态电解液泄漏的风险，降低火灾或爆炸的可能性。
- 大规模能源存储系统：适合用于储存风能、太阳能等可再生能源的电力，帮助电网维持稳定的供电。
- 军事和航空航天领域：能够在极端环境下提供稳定的能量供应，适用于对耐用性要求较高的场景。
未来展望
目前，该团队正在优化双阴离子钠基固态电解质的制造工艺，目标是降低成本并实现大规模生产。同时，他们还致力于将电解质的室温离子电导率提升至 10⁻² S cm⁻¹，并进一步改善其电化学稳定性。此外，他们还计划探索这种双阴离子固态电解质在其他类型电池中的应用。
这项研究成果以《双阴离子基钠超离子导体用于全固态钠离子电池》为题发表在《Nature Materials》上，林晓婷博士、张淑敏博士和同济大学杨孟昊研究员为共同第一作者，孙学良院士担任通讯作者。
图 | 相关论文发表截图（来源：Nature Materials）
结语
这一突破性成果不仅为开发高性能全固态钠离子电池开辟了新途径，也为全球能源转型贡献了新的解决方案。未来，随着制造工艺的优化和成本的降低，这种新型电池有望在更多领域得到广泛应用。
本文原文来自腾讯新闻