轉化反應儲鈉的負極材料的進展與挑戰

　　近期，中國科技大學的余彥教授、伍倫貢大學的吳超博士和竇士學教授團隊總結分析了當前基于轉化反應的儲鈉的負極材料的最新研究的進展與面臨的挑戰。

　　該論文首先分類評述介紹了目前二元金屬化合物（氧化物、硫化物、硒化物、磷化物、氮化物等）的研究現狀以及它們各自的優缺點。其次，這些金屬化合物在電化學反應過程中遭遇一系列挑戰性問題，這些問題阻礙了其應用發展。因此文章從可逆容量、電壓滯后、首次庫倫效率、體積變化、循環穩定性等方面重點討論了基于轉化反應的電極材料普遍存在的問題以及探討這些問題發生的根源。針對這些挑戰性的問題，論文進一步總結討論了克服或者減輕這些問題的方法和途徑，包括電極材料的納米結構設計與表面工程、電解液和添加劑的優化、電極材料新的構象設計以及充放電電壓范圍的設置等，為后續提高基于轉化反應的電極材料的性能提供了指導。

　　多種高容量的非碳新材料被研究作為負極材料用于鈉的存儲，其中二元過渡金屬化合物（MaXb）近年來獲得了廣泛研究。與石墨層間儲鈉機制不同，該類化合物在進行鈉的脫嵌時，會發生轉化反應（MaXb + (b?z)Na ? aM + bNazX）。

　　用于可再生能源與智能電網等領域的大規模儲能裝置迫切需求低成本、環境友好、長循環壽命和高安全性的二次電池。室溫鈉離子電池具有豐富的鈉來源和低成本，有望用于大規模儲能系統，已經引起了各國科學家和產業界的高度關注。負極材料也是室溫鈉離子電池的關鍵材料，因而探索環境友好、性能優越、價格合理新型鈉離子電池負極材料是高度需要的。基于這一機理，過渡金屬化合物（MaXb）可以實現多電子轉移，因此具備極高的理論容量，有望成為優異的鈉離子電池的負極材料。過渡金屬化合物（MaXb）的M和X元素種類多，具有豐富選擇，激發了一系列新型高容量負極材料的發現和研究。另外，M也可以是發生合金化反應的主族金屬元素（如 Ge、Sn、Sb等），實現轉化反應和合金化反應并存，使得金屬化合物（MaXb）具有更高的理論容量。

　　該論文發表在Small（DOI: 10.1002/smll.201703671）上。