鈉 (Na) 超離子導(dǎo)體是一種關(guān)鍵成分，可以徹底改變傳統(tǒng)Na離子電池的能量密度和安全性。然而，現(xiàn)有的 Na 超離子導(dǎo)體主要基于單陰離子框架，每種框架都有其固有的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

寧波東方理工大學(xué)孫學(xué)良團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一類基于雙陰離子框架的新型非晶態(tài)鈉離子導(dǎo)體（Na₂O₂–MCl_y，M=Hf, Zr, Ta）。研究顯示，該導(dǎo)體具有高達(dá)2.0 mS cm^?1的室溫離子電導(dǎo)率，以及優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性窗口和良好的機(jī)械性能。

此外，基于氧氯化物的電解質(zhì)在全固態(tài)鈉離子電池（ASSNIBs）中展現(xiàn)出卓越的倍率性能和長循環(huán)穩(wěn)定性，特別是在使用Na₂O₂–HfCl₄電解質(zhì)和Na_0.85Mn_0.5Ni_0.4Fe0_.1O₂正極的電池中，實(shí)現(xiàn)了700個(gè)循環(huán)后78%的容量保持率。

圖1. NMOC固態(tài)電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)表征

總之，該工作通過發(fā)展一類基于雙陰離子的新型鈉超離子導(dǎo)體（Na₂O₂-MCl_y，NMOC，M=Hf、Zr、Ta；y=4或5）。研究顯示，NMOC電解質(zhì)憑借獨(dú)特的氧氯化物雙陰離子亞晶格，表現(xiàn)出高達(dá)2.0 mS/cm的優(yōu)異離子導(dǎo)電率、良好的機(jī)械延展性和較高的抗氧化穩(wěn)定性。此外，鈉離子傳導(dǎo)的增強(qiáng)主要得益于氧氯化物框架結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通過橋接氧和非橋接氧的協(xié)同作用優(yōu)化了離子傳輸路徑，降低了遷移能壘。

另外，得益于界面兼容性，基于NHOC的ASSNIBs表現(xiàn)出卓越的循環(huán)穩(wěn)定性，在室溫下0.2C倍率實(shí)現(xiàn)了700次循環(huán)，并且保持了78%的容量。因此，該工作為下一代固態(tài)電解質(zhì)的發(fā)展開辟了新途徑，并凸顯了采用混合陰離子體系在提升能源存儲技術(shù)方面的重要意義。

圖2. 基于NHOC電解質(zhì)的全固態(tài)鈉離子電池性能

A family of dual-anion-based sodium superionic conductors for all-solid-stat sodium-ion batteries， Nature Materials 2024 DOI: 10.1038/s41563-024-02011-x

孫學(xué)良，中國工程院外籍院士、加拿大皇家科學(xué)院院士、加拿大工程院院士、加拿大國家首席科學(xué)家、國際《Electrochemical Energy Reviews》(IF=32)創(chuàng)刊主編。現(xiàn)任寧波東方理工大學(xué)(暫名)講席教授，物質(zhì)與能源研究院(暫名)院長。

孫學(xué)良教授的研究主要圍繞新型材料的開發(fā)，以及其在電化學(xué)能源儲存和轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中的應(yīng)用，覆蓋了從基礎(chǔ)科學(xué)到納米應(yīng)用技術(shù)、再到新興的清潔能源工程范疇，研究領(lǐng)域包括固態(tài)電池、二次液態(tài)電池和燃料電池等，重點(diǎn)從事全固態(tài)電池和燃料電池的基礎(chǔ)應(yīng)用研究。