华中科技大学张智/高义华 ACS Nano综述：双金属氧化物在钠离子电池中的进展与前景：合成、机理和优化策略

第一作者：姜雨蒙

通讯作者：张智*，高义华*

单位：华中科技大学

地球上钠资源分布广泛且储量丰富。因此，钠离子电池（SIBs）被认为是解决能源危机和锂资源短缺问题的替代方案，甚至有望取代锂离子电池。对于先进SIBs的实际应用来说，探索和开发高性能的负极材料至关重要。在各种负极材料中，双金属氧化物（BMOs）因其储量丰富、易获取、丰富的氧化还原反应、容量高和循环稳定性强而受到特别的关注。尽管已经报道了许多BMOs作为SIBs的负极材料，但很少有研究总结BMOs在SIBs实际应用中的进展和前景。本篇综述总结并讨论了近年来BMO负极材料在SIBs中的研究进展和挑战。首先，本文讨论了BMOs的制备方法和钠储存机制。然后，我们总结了BMO负极材料的存在的挑战、提出的优化策略和钠储存性能。最后，本文提出了BMOs在SIBs中的前景和未来研究方向。本篇综述旨在为高性能SIBs的有效设计和优化提供见解。

近日，来自华中科技大学的张智和高义华在国际知名期刊ACS Nano上发表题为“Progress and Prospect of Bimetallic Oxides for Sodium-Ion Batteries: Synthesis, Mechanism, and Optimization Strategy”的综述文章。该文章总结了BMOs作为SIBs负极材料的研究和应用进展，同时讨论了高性能BMOs负极材料在SIBs中面临的挑战、优化策略和研究方向。

在大规模生产电极材料之前，需要考虑制备过程的复杂性、环境问题、生产成本和生产率，因此电极材料的合成方法对SIBs的商业化至关重要。目前，制备BMOs的技术已经得到了很好的发展，主要包括溶剂热/水热法、溶胶-凝胶法、静电纺丝技术和共沉淀法。研究人员可以根据需要和电极材料的特性选择最合适的合成技术，以确保形态和结构的多样性，并满足不同领域的需求。此外，其他方法如热分解、微波辅助方法、电化学置换反应、化学键合方法、水浴和球磨等方法也被用来合成BMO电极材料。然而，仍然需要开发低成本、方便、环保的合成技术，以实现控制结构和成分良好的BMOs作为SIBs先进的负极材料的大规模生产。

与单金属氧化物相比，BMOs具有丰富的氧化还原位点、更高的理论容量和增强的电导率，在钠储存方面表现出更优异的潜力。对于BMOs来说，转化反应是最常见的钠储存机制，但由于BMOs中不同的金属类型和特殊的晶体结构，其钠储存过程也可能伴随着预插层反应和/或后合金化反应。

与单金属氧化物相比，BMOs显示出更强的钠储存能力，但它们在实际应用中仍面临许多关键问题。首先，BMOs不可避免地会出现体积膨胀问题，导致电极的粉碎。其次，由于Na⁺的半径大和BMOs的固有电导率低，会导致反应动力学缓慢，倍率性能不佳。最后，BMOs可能会与电解液发生副反应，形成中间氧化物。此外，BMOs可能会不可逆地形成一层钝化的固体电解质界面层，导致库仑效率降低。因此，文中详细阐述了用于改善BMOs电化学性能的优化策略，包括缓解粉化、提高导电性、选择适合的电解质以及缓解副反应等。

当前对于BMOs的反应动力学和微观结构演化的准确理解仍然有限。与锂离子电池的循环性能相比，大多数报道的BMO负极材料在工业电池中的长期循环性能仍然较差。为SIBs选择合适的电解质也很重要。在未来的发展中必须进一步追求高效、经济和可持续的制备方法，以确保大规模生产BMOs的稳定性和可重复性。通过先进的优化策略实现BMO负极材料的优势，将为在SIBs中实现高能量密度、长循环寿命和出色的倍率能力创造新的机会。这些成果不仅在可再生能源储能电网和电动汽车领域具有应用潜力，而且将战略性地指导可持续、更高效的储能系统的建设。展望未来，通过持续不断的研究和创新，BMOs作为商业SIBs的负极材料具有巨大的潜力和光明的未来。

“Progress and Prospect of Bimetallic Oxides for Sodium-Ion Batteries: Synthesis, Mechanism, and Optimization Strategy”