鋰離子電池應(yīng)用越來越貼近百姓生活，但地球上鋰資源十分有限，且開采成本高。開發(fā)一種替代電池成為各國科學家努力的重要方向。南京理工大學夏暉教授與中外團隊合作，首創(chuàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和調(diào)控方法，在錳基正極材料研究方面取得重要進展，使低成本鈉離子電池有望取代鋰離子電池，相關(guān)成果發(fā)表在最新一期《自然·通訊》上。

鈉資源豐富，開采費用僅為鋰的百分之一，因而鈉離子電池的研發(fā)成為科研人員爭相“開墾”的領(lǐng)域。而層狀結(jié)構(gòu)的錳酸鈉正極材料具有理論容量高、價格低廉及來源廣泛等優(yōu)點，使之成為鈉離子電池正極材料的熱門研究對象。

但由于錳酸鈉正極材料的層間距狹窄，充放電過程中，半徑較大的鈉離子在層間遷移時，會“擠壞”正極材料的結(jié)構(gòu)，成為制約鈉離子電池研發(fā)的關(guān)鍵難點。除層間距外，影響鈉離子電池性能的另一重要因素為層狀結(jié)構(gòu)中的鈉離子含量。不少科研人員嘗試通過各種方法制備出了不同層狀結(jié)構(gòu)的錳酸鈉，但性能指標難以滿足實際應(yīng)用需求。

夏暉教授團隊首創(chuàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和調(diào)控方法，與中科院物理所谷林研究員及美國加州大學圣地亞哥分校孟穎教授合作，在水鈉錳礦層狀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，成功制備出兼具大層間距與高鈉離子含量的層狀納米正極材料。

這種正極材料制成的電極比容量達到211.9毫安時每克，而目前市面上流通的鋰電池正極材料比容量約為140毫安時每克。充放電過程中，這種正極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定無相變，體積變化僅為2%，循環(huán)充放電1000次后，比容量保持率高達94.6%，而電池行業(yè)一般的比容量保持率標準約為80%。