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中科院化學所萬立駿院士&郭玉國&辛森，最新Chem. Soc. Rev.綜述！

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中科院化學所萬立駿院士&郭玉國&辛森，最新Chem. Soc. Rev.綜述！
第一作者：郭玉潔
通訊作者：萬立駿，郭玉國，辛森
通訊單位：中國科學院化學研究所

中科院化學所萬立駿院士&郭玉國&辛森，最新Chem. Soc. Rev.綜述！

萬立駿，物理化學家，中國科學院院士、發展中國家科學院院士。現任第二十屆中央委員，中華全國歸國華僑聯合會黨組書記、主席，第十四屆全國人大常委會委員 、華僑委員會副主任委員，中國科學院化學研究所研究員、重點實驗室主任。

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郭玉國，研究員（二級），國科大崗位教授，博導，“杰青”，“國家重點研發計劃”首席科學家。中國科學院化學研究所研究員，課題組長，博士生導師，中國科學院大學教授。
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辛森，博士，中國科學院化學研究所，研究員（2019.05-至今）英國皇家化學會“前沿新銳科學家”（2023）美國斯坦福大學全球前2%頂尖科學家榜單（World’s Top 2% Scientists）（2020，2021，2022）
論文速覽
本論文綜述了可充電鈉離子電池（SIBs）作為先進電化學儲能技術的出現，它們有潛力減輕對鋰資源的依賴。正極材料在SIBs的成本和能量輸出中起著決定性作用。鈉層狀過渡金屬（TM）氧化物因其易于合成、適用于高能SIB的高Na存儲容量/電壓以及對大規模生產Li層狀氧化物類似物的高適應性而成為一種有吸引力的選擇。然而，實際應用中，鈉層狀氧化物正極的實際使用受到對正極材料基本結構-性能相關性理解不明確和缺乏定制化材料設計策略的限制。
本文試圖通過詳細闡述氧化物中關鍵容量貢獻元素（如TM陽離子和氧陰離子）的電子構型與其對陰極的Na（脫）嵌（電）化學和存儲性能的影響之間的相關性，來澄清根本的誤解。隨后，討論了阻礙層狀氧化物正極實際使用的問題、其起源及相應的解決策略，并以加速正極材料的研究與開發為目標導向。最后，討論了幾種新的鈉層狀正極材料，它們為下一代SIBs展示了前景，包括具有陰離子氧化還原和高熵的層狀氧化物，并強調了將層狀氧化物用作固態SIBs正極以獲得更高的能量和安全性。
圖文導讀
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圖1：Li2CO3價格波動趨勢、地殼中鋰和鈉的含量對比，以及LIBs和SIBs低溫和倍率性能的對比。
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圖2：PBAs、聚陰離子化合物和層狀氧化物的特性。
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圖3：O3型和P2型正極的晶體結構以及鈉離子的遷移路徑、性能對比。
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圖4：鈉層狀氧化物正極中電化學活性元素的周期表，以及它們的電子構型和氧化還原偶聯能量。
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圖5：Mn基層狀氧化物的構型和電化學性能，以及通過元素摻雜改善性能的策略。
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圖6：Fe基層狀氧化物的構型和電化學活性，以及Fe4+離子的Jahn-Teller效應和遷移。
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圖7：Ni基層狀氧化物的電化學性能，以及通過Ti摻雜和其他元素替代提高性能的策略。
總結展望
本論文深入探討了鈉層狀氧化物正極材料在SIBs中的應用前景，指出了材料設計和電化學性能優化的重要性。研究亮點包括：提供了對鈉層狀氧化物正極材料基本結構-性能相關性的深入理解。討論了提高正極材料實用性的策略，如元素摻雜、表面改性、形態控制和構建超結構。強調了新型正極材料的開發，如高熵氧化物和具有陰離子氧化還原活性的層狀氧化物，這些材料為提高SIBs的能量密度和安全性提供了新的可能性。
論文的數據表明，通過合理的材料設計和改性策略，可以有效提高鈉層狀氧化物正極的性能，從而推動SIBs的商業化進程。總結結論部分指出，盡管鈉層狀氧化物正極材料在實驗室研究中取得了顯著進展，但要實現其在市場上的廣泛應用，仍需解決成本、安全性和規模化生產等實際問題。
文獻信息
標題：Sodium layered oxide cathodes: properties, practicality and prospects
期刊：Chem. Soc. Rev.
DOI：10.1039/d4cs00415a

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