物理化学学报 >> 2017, Vol. 33 >> Issue (1): 103-129.doi: 10.3866/PKU.WHXB201608303

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磷酸钒钠Na3V2(PO4)3电化学储能研究进展

宋维鑫1,2,侯红帅1,纪效波1,*()   

  1. 1 中南大学化学化工学院,长沙410083
    2 Department of Materials, Imperial College London, London SW72AZ, UK
  • 收稿日期:2016-06-23 发布日期:2016-12-29
  • 通讯作者: 纪效波 E-mail:xji@csu.edu.cn
  • 作者简介:宋维鑫,1990年生。2012年、2015年分别获中南大学工学学士、硕士学位。2015年获英国帝国理工学院(Imperial College Lodon)校长奖学金于材料系攻读博士学位。主要研究方向为基于功能化石墨烯的复合材料设计与电化学研究,能源存储和转化。宋维鑫,1990年生。2012年、2015年分别获中南大学工学学士、硕士学位。2015年获英国帝国理工学院(Imperial College Lodon)校长奖学金于材料系攻读博士学位。主要研究方向为基于功能化石墨烯的复合材料设计与电化学研究,能源存储和转化|侯红帅,1988年生,2016年博士毕业于中南大学化学化工学院,获“湖南省优秀毕业生”,主要研究方向为锂/钠离子电池电极材料。现为中南大学化学化工学院副教授|纪效波,1980年生。2007年博士毕业于牛津大学,现为中南大学化学化工学院教授、博士生导师,英国皇家化学会会士,国家优秀青年基金获得者。主要研究方向为新能源材料与能源器件,主持国家自然科学基金4项
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(21473258);国家自然科学基金(21673298);国家自然科学基金(51622406)

Progress in the Investigation and Application of Na3V2(PO4)3 for Electrochemical Energy Storage

Wei-Xin SONG1,2,Hong-Shuai HOU1,Xiao-Bo JI1,*()   

  1. 1 College of Chemistry and Chemical Engineering, Central South University, Changsha 410083, P. R. China
    2 Department of Materials, Imperial College London, London SW72AZ, UK
  • Received:2016-06-23 Published:2016-12-29
  • Contact: Xiao-Bo JI E-mail:xji@csu.edu.cn
  • Supported by:
    the National Natural Science Foundation of China(21473258);the National Natural Science Foundation of China(21673298);the National Natural Science Foundation of China(51622406)

摘要:

锂离子电池在全球范围内的广泛应用加剧了对锂资源的消耗,其成本和原料将限制其未来发展。钠与锂具有相似物理化学性质,并且储量丰富。根据锂离子“摇椅式”电池原理,富钠离子化合物可类似富锂离子正极材料,提供可脱嵌的钠离子及结构。钠离子较锂离子大,其可逆脱嵌反应要求材料结构具有较大的容钠位与离子迁移通道。聚阴离子体磷酸钒钠Na3V2(PO43属于钠离子超导体(NASICON)材料,其NASICON结构骨架形成了稳定的容钠位,并且开放的三维离子迁移通道利于提高钠离子的扩散。Na3V2(PO43作为电池正极材料,具有理想的比容量、电压平台与循环稳定性,从而受到了广泛关注。本文首先介绍了Na3V2(PO43结构特点,其次结合团队已有的工作基础对Na3V2(PO43在钠离子电池、混合离子电池、水系电池,混合超级电容器等体系中的应用与反应机理进行了阐述;总结了基于Na3V2(PO43设计的复合材料与结构并探讨了Na3V2(PO43可能存在的问题与未来发展趋势。

关键词: Na3V2(PO4)3, 钠离子超导体, 电化学, 能源存储, 材料结构

Abstract:

Lithium ion batteries (LiBs) have been widely utilized, but the limited lithium resource restricts development and application of LiBs in large-scale energy storage. Sodium has similar physicochemical characteristics to that of lithium and is suitable to transfer between two electrodes as a cation in the "rocking chair" mechanism of LiBs. Na-containing compounds have been proposed as the electrodes to store sodium ions and provide channels for diffusion. Polyanion Na3V2(PO4)3 is a Na-super-ionic conductor (NASICON) with specific Na sites in its crystal structure and three-dimensional open channels. Recently, Na3V2(PO4)3 has been demonstrated as potential electrode material with promising properties for energy storage. In this review we systematically summarize the structure of Na3V2(PO4)3, the application and mechanism in a specific energy system, and the recent development of Na3V2(PO4)3 structure for use as electrodes. The potential problems and trends of Na3V2(PO4)3 are also discussed.

Key words: Na3V2(PO4)3, Na-super-ionic conductor, Electrochemistry, Energy storage, Material structure

MSC2000: 

  • O646