北科李建玲Nano Energy:利用废弃钢渣设计梯度掺杂高熵正极用于高性能钠离子电池

北科李建玲Nano Energy:利用废弃钢渣设计梯度掺杂高熵正极用于高性能钠离子电池
固体废弃物的大量排放导致中国的固体废弃物利用率不足30%,这造成了严重的环境问题。因此,迫切需要通过寻找新能源来节约化石能源,并通过提高固体废弃物的资源化利用率来保护生态环境。
北科李建玲Nano Energy:利用废弃钢渣设计梯度掺杂高熵正极用于高性能钠离子电池
图1HECM的晶体结构表征
北京科技大学李建玲等基于高熵层状氧化物(HEOs)中各元素协同效应的优势,结合固体废弃物资源再利用的环保理念,首次提出在P2型层状氧化物中引入钢渣(SS)(SS中含有多种可利用元素,如Fe、Si、Ca、Mg、Mn和Li),制备了一种高熵层状氧化物(HEOs)作为长寿命钠离子电池的优秀正极材料。
研究显示,表面高熵区大大提高了材料的空气稳定性,减少了表面杂质和副反应。近表面高熵区的Na-O-Mg构型不断激发阴离子氧化还原活性,DEMS显示高强度Al-O键实现了零氧释放。
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图2HECM的电化学性能
因此,LNSM-0.01在4.0-4.5 V范围内显示出~24 mA h g-1的稳定容量。另外,体相高熵区中的Ca2+破坏了Na+/空位有序转变,提高了动力学性能(1000 mA g-1时为90 mA h g-1),而Fe2+/3+则提供了大量的电荷补偿。
DFT计算证明,基于协同效应的熵稳定性极大地强化了层状氧化物构型,其在循环过程中构建了更稳固的结构框架。这项研究加深了人们对多元素梯度掺杂制备高氧化物的理解,为固体废弃物的资源化利用提供了一条新途径。
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图3近表面高熵区研究
Reusing the steel slag to design a gradient-doped high-entropy oxide for high-performance sodium ion batteries. Nano Energy 2023. DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.109030

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