??2020年3月29日獲悉，清華大學(xué)材料學(xué)院唐子龍教授課題組在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上發(fā)表了題為“轉(zhuǎn)換型一氧化錳納米棒作為鈉離子電池的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定框架”（Conversion-Type MnO Nanorods as a Surprisingly Stable Anode Framework for Sodium-Ion Batteries）的研究成果。該研究打破了轉(zhuǎn)換型電極材料不能作為儲(chǔ)能電池的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定框架的傳統(tǒng)認(rèn)知。

在能源存儲(chǔ)材料中，納米材料雖可提供較高的比容量及較快的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，但容易發(fā)生形貌變化導(dǎo)致容量大幅衰減。因此，將納米材料和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定框架進(jìn)行復(fù)合可有效發(fā)揮納米材料的優(yōu)勢。但是當(dāng)前可選的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定框架非常有限，即碳材料、導(dǎo)電聚合物和鈦基材料幾種非活性或嵌入型的電極材料。而轉(zhuǎn)換型和合金型電極材料通常被認(rèn)為是高容量電極的代表，自身結(jié)構(gòu)的電化學(xué)穩(wěn)定極差，因此從未被考慮作為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定框架使用。

針對這一問題，唐子龍課題組將轉(zhuǎn)換型一氧化錳納米棒作為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定框架，負(fù)載高容量鉬基材料后的復(fù)合材料在70C的高倍率鈉離子電池中獲得了超過40000次的穩(wěn)定循環(huán)（圖1a~c）。然而該復(fù)合材料在鋰離子電池中雖容量較高，卻只有不到500次的循環(huán)壽命（圖1d~e）。這說明轉(zhuǎn)換型電極材料的容量易衰減和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定并非其本征屬性。當(dāng)改變材料服役環(huán)境，限制其存儲(chǔ)容量發(fā)揮后（比如該研究中的一氧化錳從作為高容量鋰離子電池的電極材料轉(zhuǎn)變?yōu)榈腿萘库c離子電池的電極材料），轉(zhuǎn)換型電極材料同樣可以作為優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定框架。這一設(shè)計(jì)策略有望對其他合金型或轉(zhuǎn)換型電極材料具有普適性，也為利用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定框架與高容量納米材料之間的界面/鍵合特性進(jìn)而合成高性能功能材料提供新的思路。

圖1 一氧化錳納米棒-鉬基復(fù)合材料在鈉離子電池中（a~c）和鋰離子電池中（d~e）的電化學(xué)性能比較

該論文的通訊作者為清華大學(xué)材料學(xué)院唐子龍教授和美國麻省理工學(xué)院王詩童博士，該研究得到了國家自然科學(xué)基金的資助。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202001026