九章算Appl.Surf.Sci解读【钠离子】苏州大学能源学院:熵驱动无序表面构建实现钠离子电池层状氧化物正极的超强抗水稳定性

【文章信息】

**第一作者:**Jiaqi Wang

**通讯作者:**Junhua Zhou, Ruizhi Yang, Mark H. Rümmeli

**通讯单位:**苏州大学能源学院

DOI**:**

https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2025.165108

【研究背景】

钠离子电池层状氧化物正极在空气中易与H2O/O2/CO2发生副反应,生成NaOH、Na2CO3等表面钝化层,导致活性钠损失、结构坍塌与容量衰减。传统表面包覆或掺杂策略虽能部分改善稳定性,但工艺复杂且存在晶格失配问题。

【全文速览】

本研究提出一种高熵工程策略,设计合成Na0.8Mg0.1Zn0.1Cu0.1Fe0.1Mn0.6O2高熵氧化物正极。该材料在热力学驱动下自发形成厚度约10 nm的非晶表面层,其形成能仅为0.16 eV。该非晶层作为动力学屏障,将H2O/O2反应的活化能提升160%,显著抑制表面腐蚀与钠损失。经90天水浸后,HEO仍保持98%初始容量,循环100次后容量保持率达99%,优于现有层状正极材料。

【关键词】

钠离子电池;高熵正极;非晶包覆层;抗水稳定性

【图文解析】

HEO与低熵对比材料NMMO的XRD、TEM与EDS表征,显示HEO表面形成均匀非晶层。

XPS与DFT计算揭示表面元素梯度分布与非晶层低形成能机制。

水浸后HEO结构稳定,无Na2CO3或水合相生成,而NMMO出现明显结构破坏与副产物。

电化学测试表明HEO在水浸90天后仍保持高容量与低极化。

【总结与展望】

本研究通过高熵工程成功构建具有自发形成非晶保护层的正极材料,实现了对水/空气环境的超高稳定性。该策略为解决钠电正极材料的环境敏感性与长期存储难题提供了新思路,并具有向锂/钾离子电池体系推广的潜力。

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