鋰離子電池應(yīng)用越來越貼近百姓生活，但地球上鋰資源十分有限，且開采成本高。開發(fā)一種替代電池成為各國科學(xué)家努力的重要方向。南京理工大學(xué)夏暉教授與中外團(tuán)隊(duì)合作，首創(chuàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和調(diào)控方法，在錳基正極材料研究方面取得重要進(jìn)展，使低成本鈉離子電池有望取代鋰離子電池，相關(guān)成果發(fā)表在最新一期《自然·通訊》上。

鈉資源豐富，開采費(fèi)用僅為鋰的百分之一，因而鈉離子電池的研發(fā)成為科研人員爭相“開墾”的領(lǐng)域。而層狀結(jié)構(gòu)的錳酸鈉正極材料具有理論容量高、價(jià)格低廉及來源廣泛等優(yōu)點(diǎn)，使之成為鈉離子電池正極材料的熱門研究對象。

但由于錳酸鈉正極材料的層間距狹窄，充放電過程中，半徑較大的鈉離子在層間遷移時(shí)，會(huì)“擠壞”正極材料的結(jié)構(gòu)，成為制約鈉離子電池研發(fā)的關(guān)鍵難點(diǎn)。除層間距外，影響鈉離子電池性能的另一重要因素為層狀結(jié)構(gòu)中的鈉離子含量。不少科研人員嘗試通過各種方法制備出了不同層狀結(jié)構(gòu)的錳酸鈉，但性能指標(biāo)難以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

夏暉教授團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和調(diào)控方法，與中科院物理所谷林研究員及美國加州大學(xué)圣地亞哥分校孟穎教授合作，在水鈉錳礦層狀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，成功制備出兼具大層間距與高鈉離子含量的層狀納米正極材料。

這種正極材料制成的電極比容量達(dá)到211.9毫安時(shí)每克，而目前市面上流通的鋰電池正極材料比容量約為140毫安時(shí)每克。充放電過程中，這種正極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定無相變，體積變化僅為2%，循環(huán)充放電1000次后，比容量保持率高達(dá)94.6%，而電池行業(yè)一般的比容量保持率標(biāo)準(zhǔn)約為80%。