ナトリウム電極材料は3つのカテゴリに分けられ、それぞれに特性と顔の課題があります。異なる微細構造は、材料中のナトリウムイオンの拡散経路とエネルギー障壁の違いにつながり、それによって電気化学的特性に影響を与えます。図1を参照してください。

1層状の酸化物ナトリウムイオン電池の陽性電極材料のP2およびO3型層酸化物は、その重要な発達の可能性により研究の焦点となっています。 P2タイプの陽性電極は、ABBAタイプの酸化物層で構成されています。図2に示すように、ナトリウムイオンはナトリウム層の三角形のプリズムギャップを占め、短い経路を移動し、材料の高い倍率性能を与えます。初期ナトリウム含有量が少ないため、エネルギー密度を高めるには電圧を1.5〜4.5 Vに増やす必要がありますが、バッテリーの減衰を加速する可能性があります。 2.0から4.0 Vの間の電圧を制限すると、サイクルの安定性が向上しますが、ある程度の容量を犠牲にします。したがって、これらの材料の特性は、最適なパフォーマンスを実現するために、バッテリーの設計とアプリケーションの選択で包括的に考慮する必要があります。

O3タイプのナトリウム電極電極材料構造は、ABCABCタイプの層状です。図2に示すように、ナトリウムイオンは主にナトリウム層の八面体位置に埋め込まれています。ナトリウムイオンはより長い移動経路を通過する必要があるため、O3型材料の速度性能は通常、P2型の速度ほど良くありません。 O3タイプの材料は、初期ナトリウム含有量が高く、エネルギー密度が高く、2.0〜4.0 Vの低電圧で優れたサイクリング安定性を維持できます。これらの材料は合成が簡単で環境に優しいものであり、大規模な生産を助長する既存のリチウムイオンバッテリーの三元材料生産ラインと互換性があります。したがって、O3型層状遷移金属酸化物は、ナトリウムイオン電池の商業化において広範なアプリケーションの見通しを持っています。

1。これらの材料は、誘導効果により作動電圧を増加させ、化学的および電気化学的特性に影響を与えます。その堅牢な3Dフレーム構造は、ナトリウムイオンが介入されると構造の変化を減らし、それにより材料の構造的安定性を改善するのに役立ちます。さらに、強力なX-O共有結合は酸素の進化反応を阻害し、それにより材料循環の安定性と安全性を改善します[10]。バナジウムベースのポリアニオン材料は、特定の条件下でリチウムイオン電池に匹敵する動作電圧を提供します。 Nasicon構造電極は、その安定性とイオン導電率に好まれますが、導電率が低く、容量が限られているため、適用が制限されます。図3は、ナシコン型ポリアニオン化合物の構造特性を示しています。

1.3プロイセンブルー/ホワイトコンパウンドプロイセンブルー/ホワイトは、ナトリウム電極電極材料の新人であり、多くの注目を集めています。これらの化合物は、遷移金属イオンがCNリガンドと六角形の協調を形成する顔中心の立方体構造を持ち、ナトリウムイオンは3次元チャネルと孔に分布しています[13]。オープンフレーム構造の大きなギャップ空間は、理論的能力が高いだけでなく、非毒性などの利点もあります。図4は、3つのプロイセンブルーアナログの結晶構造を示しています。

さらに、プロイセンの青/白い化合物は、コストが最も低く、エネルギー密度が高く、開いた3次元構造は、ナトリウムイオンの介入、安全性、速度効率をさらに促進します。ただし、そのような材料は、実際のアプリケーションでもいくつかの課題に直面しています。内部構造により、これらの材料はタップ密度が低く、結晶化水を除去するのが困難であり、熱循環の安定性が低くなり、熱欠陥が発生しやすくなり、熱能力と電気化学的特性に影響します。充電および放電中の高い熱エネルギーは、遷移金属イオンの溶解を加速し、安全性の問題を引き起こす可能性があります。ナトリウム電極電極材料の分類の詳細については、表1を参照してください。