Version of record online: 27 April 2020
南方科技大学
导读
发电量的增加使得对人们储能系统提出了越来越高的要求，为发展更为可靠和成本效益高的储能技术提供了机会。钠离子电池正以这种技术的形式出现，制造实用钠离子电池的关键是开发具有足够成本和性能竞争力的电极材料。作者讨论了所有典型的钠储存材料，主要集中在负极和无钠正极上。在讨论中，特别注意了当代钠离子电池研究中相互矛盾的观察和解释，因为对这些争论的研究可能会推动未来钠电池研究的发展。
背景简介
1.各种电池系统的介绍
近十年来，锂离子电池的价格下降了约80%（目前已达到<200kwh-1美元），其能量密度显著提高（>200whkg-1）。锂离子电池的其他优点包括循环寿命长，低自放电，无记忆效应。到目前为止，LIBs凭借其高性价比和高性能的竞争力，已经占领了手机、便携式电子产品和电动汽车等各种重要应用的市场。
2.锂离子电池的替代电池的研究
锂离子电池可能渗透到电网级的固定应用中，无疑会加速锂热，这就需要寻找其他替代材料。一个明显的想法是用丰富的碱金属和碱土金属（如钠、钾、镁、钙和铝）代替锂。然而，利用多价阳离子作为穿梭电荷载体并不能增加比容量（mAh g-1），这是由电极材料的可转移电子而不是可转移离子的价态决定的。相反，它与电荷载流子离子的迁移率降低有关，因此，由于缓慢的动力学，通常无法获得较高理论容量。发展实用的多价离子（Ma2+、Ca2+、Al3+）电池还有很长的路要走。而钾（K）离子电池的研究才刚刚起步，其实际应用前景仍有待揭示。
文章介绍
作者表示与之前提到的电池相比，钠（Na）离子电池（SIBs）在过去几年中有了显著的进步，并最终处于商业化的边缘。这促使作者提供这一综述，以便当前发展SIBs作为一种可能改变市场态势的电池技术的势头。本综述将详细讨论负极和无钠正极，因为它们在电池中都扮演着钠离子的受体而不是供体的角色；它们的区别在于（去）钠电压。
图2. 钠枝晶与钠离子电池构造
a) Formation of filament-like sodium dendrite, reproduced with permission.
b) Illustration of battery structure at the sodium metal anode side, which can be optimized by engineering each component.
图3. Na SEI的原理图及库伦效率图
a) Schematics of SEI formation on Na metal in glyme electrolytes and
b) comparison of the coulombic efficiency of sodium metal cells using carbonate and glyme electrolytes. Reproduced with permission
c) Visualization of sodium deposition in pristine carbonate electrolyte (upper part) and with ionic liquid additive (bottom part), and
d) voltage-time profiles with different ionic liquid additives. Reproduced with permission.
e) Schematics of coating NaBr on sodium metal and
f) voltage hysteresis represented by mid-voltage value for NaBr coated and control sodium cells. g) SEI formation in a carbonate electrolyte (upper part) and with SnCl2 additive (lower part), and h) cycle performance with different concentrations of SnCl2.
文章链接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202000288
导师简介:
Andrey L. Rogach是香港大学物理与材料科学系的光子学材料讲座教授，也是香港大学功能光子学中心的创始主任。他于1995年在明斯克白俄罗斯国立大学获得化学博士学位，并于1995年至2002年在汉堡大学（德国）担任助理科学家。从2002年到2009年，他在慕尼黑（德国）的路德维希马克西米利安斯大学担任首席工作人员科学家，在那里完成了实验物理学的训练。他的研究重点是胶体半导体和金属纳米晶体及其杂化结构的合成、组装和光谱分析，以及它们在能量转移、光收集和光发射方面的应用。他在这些领域发表了300多篇论文和著作，迄今已被引用23000多次（h指数81）。在汤森路透（Thomson Reuters）最近十年出版的《ISI基本科学指标》（ISI Essential Science Indicators）纳米晶体研究报告中，他的名字被列入前100名材料科学家和前20名作者的名单。Andrey Rogach是ACS Nano的副主编，在都柏林三一学院（爱尔兰）、西安交通大学、吉林大学和北京大学（中国）担任名誉教授，2013年和2015年在新加坡南洋理工大学担任客座教授。
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