Luftstabilität von Schichtoxid-Kathodenmaterialien auf Natriumbasis

Natrium-Ionen-Batterien gelten als eines der vielversprechendsten Alternativsysteme zu Lithium-Ionen-Batterien, insbesondere für großtechnische Anwendungen. Übergangsmetalloxide auf Natriumbasis mit Schichtstruktur standen aufgrund der Vorteile einer einfachen Synthese, einer stabilen Struktur und einer hohen Energiedichte im Mittelpunkt der Studien. Leider sind die meisten Schichtkathodenmaterialien luftempfindlich, was zu hohen Herstellungskosten von Natriumionenbatterien führt und die praktische Nutzung von Natriumionenbatterien stark behindert.

Um die praktische Anwendung von Natrium-Ionen-Batterien zu fördern, muss ihre schlechte Luftstabilität verstanden und behoben werden. In einem Übersichtsartikel, der die neuesten Erkenntnisse und Lösungen zur Luftempfindlichkeit ist erwünscht zusammenfasst, fassten die Autoren zunächst die Grundlagen von Schichtoxidmaterialien auf Natriumbasis zusammen, konzentrierten sich dann auf die Luftstabilität von Schichtkathoden und brachten Schlüsselfragen für die Forschungsgemeinschaft zur Sprache Aufmerksamkeit.

Der Mechanismus der Luftempfindlichkeit ist komplex und umfasst mehrere chemische und physikalische Reaktionen. An der Reaktion mit dem geschichteten Oxidkathodenmaterial nehmen abhängig von der Kristallstruktur des Kathodenmaterials mehrere Komponenten in der Luft teil, wie beispielsweise Sauerstoff, Wasser und Kohlendioxid. Verschiedene Strategien zur Verbesserung der Luftstabilität, einschließlich der Einführung einer Oberflächenbeschichtung, des Waschens von Kathodenmaterialien und der Elementsubstitution entweder an Übergangsmetallstellen oder an Natriumstellen, wurden diskutiert.

Die Autoren haben festgestellt, dass es an instruktiven Informationen fehlt, um praktische Materialien rational zu gestalten. Die Fortschritte, die jedes Jahr in diesem Bereich erzielt werden, sind jedoch ermutigend. Da sich die meisten in diesem Aufsatz beschriebenen Strategien nicht gegenseitig ausschließen, könnten außerdem verschiedene Strategien kombiniert werden, um die Materialien multiplikativ zu modifizieren, um einen synergistischen Effekt zu erzielen. Es ist zu hoffen, dass diese Überprüfung für die Forschungsgemeinschaft und den Fortschritt der Implementierung von Natrium-Ionen-Batterien hilfreich sein wird.

Die Forschung ist veröffentlicht in Wissenschaft China Chemie von Dr. Hu-Rong Yao (Fujian Normal University), Dr. Lituo Zheng (Fujian Normal University), Prof. Sen Xin (Institut für Chemie, Chinesische Akademie der Wissenschaften) und Prof. Yu-Guo Guo (Institut für Chemie, Chinesisch Akademie der Wissenschaften).