钠离子电池向前迈出了坚实的一步

东京理科大学的研究人员解决了钠离子电池的（许多）挑战之一，并发现了为什么相关材料如此有效。该材料是 β-NaMnO2，一种层状锰氧化钠，被提议作为钠离子穿梭进出的电极材料。

如果表现良好，β-NaMnO2 将具有 MnO2 的波纹平面，中间夹有钠原子（上图）。

不幸的是，据该大学称，合成材料通常需要的高温通常会导致钠缺乏。

相反，纠正这些缺陷的尝试会导致晶体 b-c 平面零星滑动，从而产生所谓的“堆叠故障”（上图）。

这些不会保持固定，如果在钠离子电池中使用 β-NaMnO2，反而会变得越来越糟糕。

该大学表示：“由堆叠含故障的 β-NaMnO2 制成的电极在充放电循环期间容量严重降低，限制了其实际应用。

最重要的是，这些堆叠故障阻碍了对这种锰氧化钠的基本固态化学研究，因为它们阻碍了某些分析技术。

该大学驹场真一教授领导的一个团队此前曾表明，用铜原子取代一些锰原子可以通过轻微的尺寸差异稳定β-NaMnO2。

然后，它开始研究铜掺杂是否可以消除堆叠故障。

第二个项目的结果刚刚公布，结果表明，铜掺杂不仅可以首先阻止堆叠故障的形成，还可以在许多充电循环中阻止它们。

驹场的科学家系统地掺杂了不同数量的铜，并使用同步加速器 X 射线衍射表明，用铜替换 5% 的锰原子留下了 4.4% 的堆叠故障评分，该大学表示，12% 的铜将其降至 0.3%，15% 的铜意味着 ~0 个堆叠故障，“表明随着铜掺杂的增加，明显抑制了堆叠故障”。

在电化学半电池中的评估表明，对于未掺杂的 β-NaMnO2，在 30 次充放电循环内快速存储容量损失，并且在 12% 铜的 150 次循环中没有容量损失。

“这些结果表明，当消除堆叠故障时，层状 NaMnO2 的 β 相本质上是稳定的，”该大学说。

在没有堆叠故障进行破坏分析的情况下，该团队还首次能够深入研究固态化学，以找出钠离子进入和离开未腐蚀晶体时会发生什么。

X 射线衍射加上理论密度函数计算表明，当钠离子进出时，MnO2 层可以相互滑动（上图），这受到堆叠断层的抑制。

“我们的研究结果证实，锰基氧化物是开发耐用钠离子电池的一种有前途的解决方案，”驹场说。

研究结果已发表在《先进材料》杂志上，题为“叠层无故障 β-NaMnO2 的合成和电化学”