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層狀氧化物是鈉離子電池（SIB）最常用的正極，但由于老化材料的性能快速退化以及材料儲存和運輸的成本增加，其空氣穩定性差嚴重限制了其實際應用。

福建師范大學姚胡蓉等提出了一種構建具有高度對稱六個TM環的穩定過渡金屬（TM）層的有效策略，以增強結構穩定性，從而防止環境空氣腐蝕。

圖1. 材料表征

密度泛函理論計算清楚地證實了六個TM環結構中較高的對稱性和較少的TMO₆八面體畸變。得益于穩定的TM層結構，材料與空氣之間的老化反應需要更高的能量，這一點通過水嵌入的熱力學模擬結果得到證實。

進一步借助XRD、SEM、SAED、TEM、XPS、FTIR、TGA和化學滴定的系統表征，研究發現六個TM環有效地抑制了一系列老化過程，包括水嵌入、晶格鈉的自發損失，以及殘余堿的形成。

圖2. 鈉半電池在空氣中的電化學性能

結果，在暴露于空氣的材料中實現了晶體Na⁺的低自發損失和殘余堿形成的抑制，這導致老化樣品的容量保持率從13.57%顯著提高到95.59%。

同時，對于新鮮材料，六個TM環結構進一步發揮了積極作用，即降低了不可逆容量并提高了倍率性能。此外，即使對于具有不同老化機制的P2型層狀氧化物，該策略也表現出良好的通用性。

總體而言，這項研究為開發空氣穩定和高性能的先進二次離子電池正極材料提供了一個有希望的見解。

圖3. 六種TM配置策略的DFT計算結果和工作機制

Highly Symmetrical Six-Transition Metal Ring Units Promising High Air-Stability of Layered Oxide Cathodes for Sodium-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2022. ?DOI: 10.1002/adfm.202209026

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?福建師大姚胡蓉AFM：具有高空氣穩定性的鈉離子電池層狀氧化物正極

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