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1钠离子电池简介
全球能源需求要求能源领域进行重大转型，这是由于可再生能源以及对电动汽车的越来越重视发电而在很大程度上驱动的。出于以前的关注，人们正在寻找可能的解决方案，从传统的化石能源集中式系统转向基于可再生能源的发电。尽管可再生资源（例如太阳能和风能）现在正在取代以前由化石燃料保留的角色，但是当太阳下山或风闲置时，仍然需要化石燃料。从可再生能源发电的间歇性需要开发储能技术，这使电力能够运送并按需交付，并能够到达偏远的农村地区。另一方面，在过去十年中，电动汽车成为一种更加环保的选择，可以预期运行规范会发生深刻的变化。因此，在储能中的前沿技术的发展是使他们能够在商业世界中更广泛地采用的关键。在过去的几十年中，传统的抽水水力技术曾经是唯一可以通过解决可再生能源渗透有限的渗透能力来重塑能源部门的唯一可行的能量存储。但是，这项技术最终将市场份额失去了新兴技术，主要是由于其地理限制。现在的重点已放在与此重点完全符合的电化学存储上。颠覆性技术在设计方面的灵活性，性能的逐步变化以及良好的可靠性相结合被认为是至关重要的。作为电化学能源存储中的最新技术，可充电锂离子电池（LIBS）在从燃料基社会迅速过渡到独家全电动维度的迅速过渡中起着重要作用，这是化学奖励2019年诺贝尔奖。，由于高能量密度，良好的可靠性和轻巧的特征，他们已经广泛渗透到市场上。实际上，LIB在1900年代首次由Sony商业化，最初是作为便携式电子产品和
钠离子电池基于物理的建模部分。模型和验证
钠离子电池（SIBS）最近被宣布为领先的“锂后”能量存储技术。这是因为SIBS与锂离子电池共享相似的性能指标，而钠则是10 0 0 0 0 0倍的含量。为了了解SIBS的电化学特征并改善了当今的设计，基于物理的模型是必要的。在此，第一次引入了基于物理学的伪两维（P2D）模型。P2D SIB模型分别基于N A 3 V 2（P O 4）2 F 3（NVPF）和硬碳（HC）作为正和负电极。NVPF和HC电极中的电荷转移通过浓度依赖性扩散系数和动力学速率常数描述。模型的参数化基于实验数据和遗传算法优化。表明该模型在预测全细胞HC // NVPF SIBS的排放纤维方面非常准确。此外，可以从施加电流处的模型获得内部电池状态，例如单个电极电池和浓度。在本文中均未阐明电极和电解质的几个关键挑战，并突出显示了提高SIB性能的有用设计注意事项。©2021作者。由Elsevier Ltd.这是CC下的开放式访问文章（http://creativecommons.org/licenses/4.0/）
电解质在稳定硬碳作为长周期寿命的可充电钠离子电池
硬碳（HC）是网格级钠离子电池（NIB）的有吸引力的阳极材料，这是由于碳的广泛可用性，其高特定能力和低电化学工作潜力。然而，需要解决第一周期库仑的效率和较差的HC的问题，以使其成为NIB的实用长期解决方案。这些缺点似乎是电解质依赖性的，因为与碳酸盐电解质相比，基于醚的电解质可以在很大程度上改善性能。对这些性能差异背后机制的解释对于高度可逆的钠储存的合理设计至关重要。结合气相色谱，拉曼光谱，低温传递电子显微镜和X射线光电子光谱，这项工作表明，固体电解质中相（SEI）是基于乙醚和碳酸电解质之间的关键不同，这确定了电荷转移Kinetics和parasitic反应的范围。尽管两个电解质都没有在HC散装结构中储存的残留钠，但基于醚的电解液形成的均匀和共形SEI可以提高循环的效率和速率性能。这些发现突出显示了通过界面工程使用HC阳极实现长寿命级笔尖的途径。
钠离子电池：廉价且可持续的能源存储
1 Wanger TC。 锂的未来 - 资源，回收和环境。 保护信2011，4（3）：202-206。 2 Kim S-W。等。 可充电钠离子电池的电极材料：当前锂离子电池的潜在替代品。 高级能源材料2012，2（7）：710-721。 3地球和海中的大量元素，CRC化学与物理学手册，第97版（2016- 2017年），第1页。 14-17。 4 Solvay或Ammonia-Soda工艺是从盐水和酸橙量表中生产苏打灰（碳酸钠）的商业和工业过程，该过程用于肥皂，纺织品和玻璃等产品。 5参见Faraday Insight 7（2020年5月），建立了负责任的钴供应链，以进行更详细的讨论。 6 Rudola，A。等。 高能密度钠离子电池的商业化：法拉第的旅程和前景。 材料化学杂志A，2021年，doi：10.1039/d1ta00376c。 7联合国新闻（2020年7月30日）透露：联合国儿童基金会分析发现，世界上三分之一的孩子被铅毒。 8钠离子细胞的存储和/或运输，J。Barker和C.J. Wright，2017年8月17日，酒吧。 编号 ：US 2017 /0237270 A1。 9 Chayambuka，K。等人，审查的钠离子电池材料和电化学性能。 高级能源材料2018，8。1 Wanger TC。锂的未来 - 资源，回收和环境。保护信2011，4（3）：202-206。2 Kim S-W。等。 可充电钠离子电池的电极材料：当前锂离子电池的潜在替代品。 高级能源材料2012，2（7）：710-721。 3地球和海中的大量元素，CRC化学与物理学手册，第97版（2016- 2017年），第1页。 14-17。 4 Solvay或Ammonia-Soda工艺是从盐水和酸橙量表中生产苏打灰（碳酸钠）的商业和工业过程，该过程用于肥皂，纺织品和玻璃等产品。 5参见Faraday Insight 7（2020年5月），建立了负责任的钴供应链，以进行更详细的讨论。 6 Rudola，A。等。 高能密度钠离子电池的商业化：法拉第的旅程和前景。 材料化学杂志A，2021年，doi：10.1039/d1ta00376c。 7联合国新闻（2020年7月30日）透露：联合国儿童基金会分析发现，世界上三分之一的孩子被铅毒。 8钠离子细胞的存储和/或运输，J。Barker和C.J. Wright，2017年8月17日，酒吧。 编号 ：US 2017 /0237270 A1。 9 Chayambuka，K。等人，审查的钠离子电池材料和电化学性能。 高级能源材料2018，8。2 Kim S-W。等。可充电钠离子电池的电极材料：当前锂离子电池的潜在替代品。高级能源材料2012，2（7）：710-721。3地球和海中的大量元素，CRC化学与物理学手册，第97版（2016- 2017年），第1页。 14-17。4 Solvay或Ammonia-Soda工艺是从盐水和酸橙量表中生产苏打灰（碳酸钠）的商业和工业过程，该过程用于肥皂，纺织品和玻璃等产品。5参见Faraday Insight 7（2020年5月），建立了负责任的钴供应链，以进行更详细的讨论。 6 Rudola，A。等。 高能密度钠离子电池的商业化：法拉第的旅程和前景。 材料化学杂志A，2021年，doi：10.1039/d1ta00376c。 7联合国新闻（2020年7月30日）透露：联合国儿童基金会分析发现，世界上三分之一的孩子被铅毒。 8钠离子细胞的存储和/或运输，J。Barker和C.J. Wright，2017年8月17日，酒吧。 编号 ：US 2017 /0237270 A1。 9 Chayambuka，K。等人，审查的钠离子电池材料和电化学性能。 高级能源材料2018，8。5参见Faraday Insight 7（2020年5月），建立了负责任的钴供应链，以进行更详细的讨论。6 Rudola，A。等。 高能密度钠离子电池的商业化：法拉第的旅程和前景。 材料化学杂志A，2021年，doi：10.1039/d1ta00376c。 7联合国新闻（2020年7月30日）透露：联合国儿童基金会分析发现，世界上三分之一的孩子被铅毒。 8钠离子细胞的存储和/或运输，J。Barker和C.J. Wright，2017年8月17日，酒吧。 编号 ：US 2017 /0237270 A1。 9 Chayambuka，K。等人，审查的钠离子电池材料和电化学性能。 高级能源材料2018，8。6 Rudola，A。等。高能密度钠离子电池的商业化：法拉第的旅程和前景。材料化学杂志A，2021年，doi：10.1039/d1ta00376c。7联合国新闻（2020年7月30日）透露：联合国儿童基金会分析发现，世界上三分之一的孩子被铅毒。 8钠离子细胞的存储和/或运输，J。Barker和C.J. Wright，2017年8月17日，酒吧。 编号 ：US 2017 /0237270 A1。 9 Chayambuka，K。等人，审查的钠离子电池材料和电化学性能。 高级能源材料2018，8。7联合国新闻（2020年7月30日）透露：联合国儿童基金会分析发现，世界上三分之一的孩子被铅毒。8钠离子细胞的存储和/或运输，J。Barker和C.J.Wright，2017年8月17日，酒吧。编号：US 2017 /0237270 A1。9 Chayambuka，K。等人，审查的钠离子电池材料和电化学性能。高级能源材料2018，8。
更正：超长Na2Ti3O7纳米线@碳布作为钠离子电池大容量、长寿命无粘合剂柔性电极
作者对已发表文章的 ESI 中的一个小错误表示遗憾，发现图 S10 是图 4 的重复。在准备最终版本的手稿以供发表时，作者复制了图 4 并无意中将其粘贴为图 S10。更正后的图 S10 应如下所示。作者确认此错误不会影响本文的结论，并希望根据要求提供图 S10 的原始数据（请联系第一作者（Z. Li）和/或通讯作者（H. Liu））。作者感谢 Ziyang Guo 博士发现此错误。
基于 NaNi 0.7 Co 0.3 O 2 、Na 2 MnO 3 和 NaCoO 2 组合的新型钠离子电池正极材料：合成与表征
摘要：通过溶胶-凝胶法制备了几种组合，包括 (1-xy) NaNi 0.7 Co 0.3 O 2 、xNa 2 MnO 3 和 yNaCoO 2 体系。已经应用化学计量的 NaNO 3 、Mn (Ac) 2 ∙4H 2 O、Co (Ac) 2 ⋅ 4H 2 O 和 Ni(NO 3 ) 2 ⋅ 6H 2 O 对 28 个样品进行了测试。我们证明，包括掺杂 Al 的 Na 1.5 Ni 0.117 Co 0.366 Al 0.017 Mn 0.5 O 2 在内的样品是 NIBT 中正极材料的最佳组成，因为该组合中的钴 (Co) 含量低于 NiCoO 2 。从 Co 使用成本和毒性的角度来看，这一点很重要。通过在2.0-4.0V范围内进行循环测试，分析了正极材料的充放电行为。结果表明，此类样品可以高效地消除Co不适合的缺点，也可以替代比Li更便宜的Na。
钠离子电池为电网储能铺平道路
弥补可再生能源发电与消费分配之间的脱节。虽然存在抽水蓄能和压缩空气等固定式储能，但它们缺乏灵活的外形尺寸和较低的能源效率限制了它们在城市社区的可扩展应用。[2] 因此，人们认为电池更适合用于大规模储能，能够部署在家庭、城市和远离电网、传统电力基础设施无法到达的地方。当今的电池技术以锂离子电池 (LIB) 和铅酸电池为主。虽然 LIB 在电动汽车和便携式电子设备等新兴市场表现出色，但其在大规模电网储能中的部署仍然受到高成本、低安全性和可持续性问题的阻碍。[3] 迫切需要其他能够满足低成本、高性能和安全性综合特性的替代方案。此外，迄今为止，处理大量报废电池的方法尚未完全开发出来，导致电池废物的积累，这可能会抵消其理应实现的环境效益。在成本方面，数十年的工业商业化使 LIB 的价格与刚进入市场时相比下降了一个数量级以上。这是通过改进 LIB 的活性成分（例如更好的电极和电解质材料）和非活性成分（例如集电器、隔膜、包装等）以及简化制造协议来实现规模经济而实现的。然而，如今 LIB 的生产水平优化已接近饱和极限，越来越明显的是，消除使用昂贵的元素（如锂、钴和镍）对于进一步降低每千瓦时成本（$/千瓦时）至关重要。[4] 对能源安全的担忧和供应链中的地缘政治考虑也促使无法在当地获得此类材料的国家寻求替代化学品来满足储能需求。因此，钠离子电池 (NIB) 及其商业化有望成为电网储能应用中 LIB 的替代品之一。NIB 具有许多优点，包括元素丰富、每千瓦时成本低以及对环境无害。虽然人们普遍认为 NIB 的电化学性能不如传统的 LIB，但
钠离子电池双金属硫化物负极研究进展
新能源的高使用率推动了下一代储能系统 (ESS) 的发展。钠离子电池 (SIB) 作为锂离子电池 (LIB) 的有希望的替代品，由于地壳中天然 Na 的丰度高达 2.4 wt.%（而 Li 为 0.0017 wt.%）且成本低廉，引起了广泛的研究兴趣。随着 SIBs 技术可行性的增加，高性能电极材料的开发一直具有挑战性。在过去的几年中，具有高理论容量和出色的氧化还原可逆性的双金属硫化物 (BMS) 作为 SIBs 的高性能阳极材料显示出巨大的潜力。本文报道了 BMS 作为 SIBs 阳极的最新进展，并系统地研究了这些电极的电化学机理。此外，还强调了当前的问题、挑战和观点，以解决对相关电化学过程的广泛理解，旨在为 SIB 阳极材料的可能方向提供深刻的展望。
钠离子电池正极材料类型
在高电荷状态下缺乏结构稳定性，需要较低的放电截止电压才能获得足够的容量。[5] 相比之下，多聚阴离子化合物通常具有三维稳健框架，与层状氧化物相比，可提供更好的循环稳定性和更平坦的电压曲线。此外，由于多聚阴离子基团（如（PO 4 ） 3 − 、（P 2 O 7 ） 4 − 和（SO 4 ） 2 − ）的诱导效应，可以获得更高的工作电压，[6] 使这些化合物成为稳定、高能量密度钠离子电池正极材料的有趣候选者。研究最多的多聚阴离子钠离子正极材料是含钒磷酸盐 Na 3 V 2 （PO 4 ） 3 （NVP）[7,8] 和氟磷酸盐 Na 3 V 2 （PO 4 ） 2 F 3 （NVPF）。 [9] NVPF 在 3.9 V 时的理论容量为 128 mAh g −1（每个分子式单位 2 个电子），比能达到 500 Wh kg −1。此外，可以通过用 O 取代 F 阴离子来调节 NVPF 的电化学性能，形成完全固溶体 Na 3 V 2 (PO 4 ) 2 F 3 − 2 y O 2 y（0 ≤ y ≤ 1）。[10] 例如，Bianchini 等人。表明，在低压端，可以将额外的Na插入Na3V2(PO4)2O2F中，放电时产生Na4V2(PO4)2O2F，这使得Na4V2(PO4)2O2F和NaV2(PO4)2O2F之间可以进行三电子循环。[11]然而，从NaV2(PO4)2F3到V2(PO4)2F3中提取第三个Na尚未被证明是可行的，因为Na提取电位很高（预计为≈4.9V），超出了有机钠离子电解质的稳定窗口。[12]为了降低这种高的Na提取电压，人们考虑使用阳离子替代；然而，只有少数金属阳离子（例如Al）可以取代NVPF结构中的V，其溶解度限制在0.2。[11,13]