發(fā)展高性能、資源豐富和環(huán)境友好的儲(chǔ)能技術(shù)是解決當(dāng)前能源和環(huán)境危機(jī)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。在大力規(guī)劃發(fā)展儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的大背景下，從成本，資源，安全性等方面考慮，鈉離子電池以其電壓高、比容量大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保且安全等特征，無(wú)論在能量密度和功率密度上都有望能夠滿足各類電子器件的需求。
然而鈉離子電池的主要挑戰(zhàn)是缺乏具有快速充電/放電能力和長(zhǎng)壽命的先進(jìn)正極材料。在過(guò)去的十年中，四種主要材料被廣泛研究作為鈉離子電池的正極材料，包括普魯士藍(lán)類似物（PBAs）、過(guò)渡金屬氧化物、聚陰離子化合物和有機(jī)化合物。其中，PBAs因?yàn)樗哂械统杀荆^高的理論比容量和三維開(kāi)放框架，且可實(shí)現(xiàn)快速鈉離子傳輸被認(rèn)為是最有前途的商業(yè) SIB 正極之一。然而，PBAs的長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能由于其固有的較差的電子導(dǎo)電性和較大的結(jié)構(gòu)變形仍遠(yuǎn)不能滿足大規(guī)模儲(chǔ)能的要求。
近日，受魔方以及高熵氧化物和金屬合金領(lǐng)域蓬勃發(fā)展的研究活動(dòng)的啟發(fā)，溫州大學(xué)侴術(shù)雷教授和澳大利亞伍倫貢大學(xué)王佳兆教授合作應(yīng)用五種最常用的過(guò)渡金屬作為原料來(lái)制備 高熵PBAs (HE-HCF)作為“概念驗(yàn)證”，以探索高熵金屬有機(jī)框架在儲(chǔ)能領(lǐng)域中的應(yīng)用。
通常，PBA僅由一種或兩種過(guò)渡金屬組成，表面化學(xué)性質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)有限?？紤]到晶體結(jié)構(gòu)的兼容性，本工作中，五種最常用的過(guò)渡金屬（Mn, Fe, Co, Ni, Cu）被用作制備HE-HCF的原材料作為“概念驗(yàn)證”。 在 0.15C 的電流密度下，所制備的HE-HCF提供 105.1 mAh g-1 的比容量（達(dá)到其理論比容量的約 83%）， 該材料還在 1.5 C 到 75 C 的各種電流密度下表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。HE-HCF 在前 10,000 次循環(huán)中展現(xiàn)出了約 95% 的容量保持率，對(duì)應(yīng)于每個(gè)循環(huán) 0.0005% 的容量衰減率。此外，即使 HE-HCF 循環(huán)超過(guò) 50,000 次循環(huán)，容量衰減率進(jìn)一步降低至每循環(huán) 0.0004%，相比而言，目前廣泛報(bào)道的雙金屬 PBA 的循環(huán)壽命幾乎無(wú)法達(dá)到超過(guò) 5,000 次的循環(huán)壽命。 多種原位表征技術(shù)和理論計(jì)算共同表明，HCF 中增加的熵值可以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及熱/空氣穩(wěn)定性，并展現(xiàn)出高度可逆的零應(yīng)變兩相 Na+ 存儲(chǔ)機(jī)制。該高熵化策略對(duì)于抑制 Na+ 遷移能壘至關(guān)重要。該工作可能會(huì)對(duì)高熵材料的合理設(shè)計(jì)有啟發(fā)意義，并將其應(yīng)用于除可充電電池系統(tǒng)之外的各種應(yīng)用領(lǐng)域。 論文信息 A Disordered Rubik's Cube-Inspired Framework for Sodium-Ion Batteries with Ultralong Cycle Lifespan Jian Peng, Bao Zhang, Weibo Hua, Yaru Liang, Wang Zhang, Yumeng Du, Germanas Peleckis, Sylvio Indris, Qinfen Gu, Zhenxiang Cheng, Jiazhao Wang, Huakun Liu, Shixue Dou, Shulei Chou Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202215865
