磷酸钒钠Na3V2(PO4)3电化学储能研究进展

doi:10.3866/PKU.WHXB201608303

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

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 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 SONG^1,²,Hong-Shuai HOU¹,Xiao-Bo JI^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/Abstract

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（PO₄）₃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（PO₄）₃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（PO₄）₃结构特点，其次结合团队已有的工作基础对Na₃V₂（PO₄）₃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（PO₄）₃设计的复合材料与结构并探讨了Na₃V₂（PO₄）₃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

宋维鑫,侯红帅,纪效波. 磷酸钒钠Na₃V₂(PO₄)₃电化学储能研究进展[J]. 物理化学学报, 2017, 33(1), 103-129. doi: 10.3866/PKU.WHXB201608303

Wei-Xin SONG,Hong-Shuai HOU,Xiao-Bo JI. Progress in the Investigation and Application of Na₃V₂(PO₄)₃ for Electrochemical Energy Storage[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2017, 33(1), 103-129. doi: 10.3866/PKU.WHXB201608303

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201608303

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2017/V33/I1/103

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磷酸钒钠Na₃V₂(PO₄)₃电化学储能研究进展

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

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