PNAS：用于钠基电化学储能的气敏三元钠过渡金属氧化物薄膜的电沉积

兔兔

2021-06-02

层状钠过渡金属氧化物是一类重要的材料，其应用包括电化学储能、高温超导和电催化。然而，这些化合物的电沉积是一种常见的生长氧化物的方法，由于它们的气氛不稳定性和与水系电解质固有的不相容性，一直难以捉摸。有鉴于此，伊利诺伊大学香槟分校Paul V. Braun等人使用熔融氢氧化钠电解质，展示了O3(O'3)-和P2型层状钠过渡金属氧化物的电沉积，并将这些电沉积物用作钠离子电池中的高面积容量正极。

本文要点：

1）引入了一种中温（350°C）干燥熔融氢氧化钠介导的无粘合剂电沉积工艺，以生长以前电化学上无法进入的空气和湿敏层状钠过渡金属氧化物Na_xMO₂（M=Co、Mn、Ni、Fe)，无论是薄膜形式还是厚膜形式的化合物，都是在≥700°C的温度下通过固态反应以粉末形式合成。

2）作为这项工作的一个关键动机，其中几种氧化物作为新兴的钠离子电化学储能系统的正极材料备受关注。尽管合成温度低，反应时间短，该电沉积氧化物仍然保持了高温块体合成材料的关键结构和电化学性能。实验证明，在1 h内可沉积数十微米厚且>75%密度的Na_xCoO₂和Na_xMnO₂。

3）当用作钠离子电池的正极时，这些材料表现出接近理论的重量容量、Na离子的化学扩散系数（~10⁻¹² cm²·s⁻¹），以及在~0.25到0.76 mAh cm⁻²范围内的高可逆面容量，该值明显高于通过其他技术沉积的无粘合剂钠正极的值。

这项工作所描述的方法解决了与传统的水溶液基陶瓷氧化物电沉积有关的长期内在挑战，并为迄今尚未开发的具有扩展框架的空气和湿度敏感高价多结构的电化学处理打开了一种通用的溶液化学方法。

Arghya Patra et al. Electrodeposition of atmosphere-sensitive ternary sodium transition metal oxide films for sodium-based electrochemical energy storage. Proceedings of the National Academy of Sciences 2021, 118 (22), e2025044118.

DOI: 10.1073/pnas.2025044118.

https://www.pnas.org/content/118/22/e2025044118