澳大利亚昆士兰科技大学和国立大学AM：纳米多晶工程助力氧化还原电极用于可充电电池

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近年来，纳米多晶性（NPM）在储能领域，尤其是可充电电池，引起了很多关注。在各种可充电电池的充放电过程中，包括金属离子电池，金属-空气电池和金属-硫电池，多晶相的组成和演化过程扮演着至关重要的角色，决定着电极材料的电化学性能，控制着电化学过程中的氧化还原转化，是影响电池性能的核心部分。该综述首先讨论了纳米多晶性工程在可充电电池中的研究意义。随后系统性总结了针对不同类型可再充电电池氧化还原电极中的多晶化调制策略。主要目的是展示纳米多晶性是如何调节电极材料性能，影响氧化还原过程，从而改善每种电池类型的电化学活性。我们希望通过对材料的多多晶性和电化学性能进行分析可以帮助确定某些潜在的“合成-结构-性能”关系用于未来的材料设计以及电池性能增强。最后也讨论了当前的研究挑战和潜在的研究方向，为纳米多晶性工程的未来研究提供一些有益的引导。

图1. 纳米多晶工程用于不同电池系统的氧化还原体系。

近日，来自澳大利亚昆士兰科技大学的孙子其课题组和澳大利亚国立大学的殷宗友课题组合作在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“Nano Polymorphism-Enabled Redox Electrodes for Rechargeable Batteries”的综述文章（孙子其教授和殷宗友副教授为共同通讯作者，梅俊博士和王金凯为共同第一作者）。该文章总结了现在当前多晶性工程在各种先进电池里面的应用，包括金属离子电池，金属-空气电池和金属-硫电池，指明了当前研究面临的挑战以及未来的研究方向。

纳米多晶工程用于还原电极。本节中详细介绍几种代表性的还原电极中的纳米多晶化工程，包括锂电（例如锂过渡金属氧化物，富锂层状氧化物，过渡金属氧化物和氟化物），钠电（例如化学取代和钠化度控制），钾电（例如P2型过渡金属氧化物和P3型层状金属氧化物），锌电（例如锰基氧化物，钒基化合物和MXene），铝电（例如金属氧化物，硫化物和碳材料），空气电极（例如氧电极，氮电极和二氧化碳电极）和硫电极（例如锂-硫和钠-硫电池）。考虑到金属-空气电池中氧电极极的复杂条件，不同类型的金属-氧气电池（例如锂-氧电池和钠-氧电池）单独进行了分析。

纳米多晶工程用于氧化电极。本节中详细介绍几种代表性的氧化电极中的纳米多晶化工程，包括锂电（例如硅和氧化物），钠电（例如过渡金属硫化物，磷基和铋基材料）以及钾电（例如硫化物和氧化物）。

可充电电池中的纳米多晶工程通常是通过离子取代，异质掺杂，组份优化和形态设计来实现的。总体而言，氧化还原电极的多晶工程相对复杂，因为大多数电极对外部因素非常敏感，例如电解质系统，测试条件（例如放电速率和电压窗口），表面形貌和颗粒尺寸。近年来，先进的检测技术（例如同步辐照）的发展使得电极材料多晶态方面取得了较大的进展，但是直观的识别多相转变过程以及有效识别循环过程中的潜在中间相依然是一个挑战。因此，未来应进一步研究电极材料与多晶性相关的特定存储机制，并且有必要进行更多研究以揭示充放电过程中的相演化过程。

原文链接
Nano Polymorphism-Enabled Redox Electrodes for Rechargeable Batteries 
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202004920 

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