【摘 要】
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由于地球钠元素储量丰富、来源广泛,钠离子电池被认为是能够替代锂离子电池用于大规模储能的可持续性储能技术之一。正极材料作为钠离子电池的重要组成部分,决定了其电化学性能的优劣。层状含钠过渡金属氧化物因其具有较高的理论比容量、工作电压和循环稳定性等优点,对于钠离子电池具有较好的商业应用前景。在层状含钠过渡金属氧化物中,O3-NaFeO2具有原材料丰富、无毒、低成本的优势,被认为是一种很有前途的正极材料。
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由于地球钠元素储量丰富、来源广泛,钠离子电池被认为是能够替代锂离子电池用于大规模储能的可持续性储能技术之一。正极材料作为钠离子电池的重要组成部分,决定了其电化学性能的优劣。层状含钠过渡金属氧化物因其具有较高的理论比容量、工作电压和循环稳定性等优点,对于钠离子电池具有较好的商业应用前景。在层状含钠过渡金属氧化物中,O3-NaFeO2具有原材料丰富、无毒、低成本的优势,被认为是一种很有前途的正极材料。然而,采用固相烧结法制备O3-NaFeO2的反应条件要求苛刻,需要使用昂贵的Na2O2作为钠源、反应时使用惰性气体进行保护,且反应产物常伴随着无电化学活性活性的β-NaFeO2生成。在本论文中,我们开发了一种溶剂热合成方法来制备单晶O3-NaFeO2纳米片。在溶剂热处理中,首先是初始的α-Fe2O3被转化为γ-Fe2O3。通过溶剂热处理,非活性的α-Fe2O3首先转换为活性γ-Fe2O3,然后通过Na+/Fe3+拓扑化学离子交换反应再转化为单晶NaFeO2纳米片。在NaFeO2纳米片上进一步包覆一层较薄的碳,以提高其电极动力学和结构稳定性。碳包覆的NaFeO2阴极在0.1 C下具有89.6 m Ahg-1的高可逆比容量,在0.1 C下100次循环后具有87.3%的容量保持率,保持了层状O3结构。以硬碳为阳极,成功地构建了碳包覆NaFeO2//硬碳全电池,100次循环后具有良好的循环性和81.9%的容量保持率。本论文为开发O3-NaFeO2基阴极可持续钠离子电池提供了一种新的合成策略。
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