近来，记者从燕山大学得悉，该校亚稳资料制备技能与科学国家重点实验室教授黄建宇团队与我国物理所、长三角物理研讨中心研讨团队协作，经过结合多种先进表征办法，体系性地解耦了不同气体与钠离子层状氧化物正极资料的相互效果，阐明晰劣化途径；立异定量手法，完成了对不一样的资料空气安稳性的定量化比较，找出了内涵主导要素，提出了合理改性规划准则。相关研讨成果日前发表于《科学》杂志。

  层状氧化物正极资料以其杰出的高容量和可规模化出产特性，在锂离子电池和钠离子电池范畴占有了无足轻重的位置。得益于钠资源的广泛可得性，以及在过渡金属元素挑选上的高灵活性——无需依靠贵重的钴和镍，能够运用本钱效益更高的铁和铜作为代替，钠离子层状氧化物正极资料展示出了明显的本钱效益。

  但是，此类资料的空气敏感性已困扰钠离子层状氧化物正极资料研讨界超越40年，成为其商业化进程中亟待战胜的严重妨碍。

  研讨团队指出，打破气体间的耦协效果是完成资料安稳存储的要害外在要素。经过研讨，科研人员发现水蒸气、二氧化碳或氧气独自存在时，并不会引发明显的劣化反响。这一发现挑战了上述3种气体（尤其是水蒸气）独自即可引发剧烈劣化反响的传统观念。

  研讨团队发现，水蒸气在劣化过程中起到要害性的桥梁效果，能够将二氧化碳和氧气与资料联络，别离引发酸性降解和氧化降解。其间，酸性降解将引发剧烈的Na+/H+交流，在资料标明发生碳酸钠或碳酸氢钠，一起还将引发裂纹拓宽成长、晶格歪曲、位错发生和强酸性情况下的外表过渡金属离子复原和重构等后续反响；氧化降解中，体相中氧化物氧化复原电位较低（间隔费米能级较近）的过渡金属离子将优先被氧化，一起释放出钠离子到外表以平衡电荷，被氧化的过渡金属离子（Ni3+）在外表一般不安稳，简单被复原然后引发外表重构。

  一起，研讨团队还开发了一种依据滴定气相色谱技能的标准化空气安稳性测验办法，用以定量点评不同反响途径的奉献和不一样的资料的空气安稳性。

  依据30余种资料劣化后钠丢失量的定量成果及前期研讨成果，归纳各组成的离子势和初始钠含量，团队界说了阳离子竞赛系数η，并发现酸性降解主导了大多数资料的劣化反响；经过减小阳离子竞赛系数和增大资料粒径巨细能够轻松又有用提高资料的抗酸才能；经过挑选高电位的氧化复原对能够轻松又有用提高资料抗氧化要要素。

  归纳上述手法，一起引进潜在的外表和碱金属层优化，改性资料Na0.96Ca0.02Cu0.1Ni0.35Fe0.1Mn0.2Ti0.25O2的钠丢失量可由模型资料的0.489下降至0.019（减少了96%）。研讨成果对规划空气安稳的钠离子电池层状氧化物正极资料具有重要的指导效果。

  该作业得到河北省自然科学基金(B2024203054)的赞助。我国科学院物理研讨所博士生杨佯和燕山大学博士毕业生王在发为本文榜首作者。