钠离子电池是一种具有潜力的新型高容量锂离子电池替代方案,由于钠资源丰富且便宜,钠离子电池的使用成本和环境成本都比锂离子电池低,因此它备受关注。但是,要实现实际应用,需要进一步研究其机理。
目前,钠离子电池正极材料主要有氧化物、磷酸盐和硫化物,然而氧化物正极材料大多数都会存在电化学不稳定性,导致容量损失和寿命问题。因此,研究氧化物正极材料的电化学机理,是解决钠离子电池问题的关键之一。
在这方面,氧化钠具有可逆的氧化还原反应机理,在na-o2电化学反应中可作为可逆的氧变价剂。具体来说,氧化钠在正极部分通过还原氧气生成过渡态氧物种,然后氧物种再被电子氧化成氧分子,最后氧被释放出来,反应式为:
nao2 + e- + o2 → nao2^-
nao2^- + e^- → nao2
nao2 + 2e^- → na + o2
在正极部分,钠离子和氧物种结合形成钠氧化物。随着放电深度的增加,氧化物中氧化的钠离子数目也会相应增加,从而使得钠氧化物的比容量得到提高。当电压低于1.8 v时,nanio2会被还原为na2nio2,nanio2表现出了可逆的氧变价机制,同时na2nio2也可以被还原为nanio2。
总之,钠离子电池正极可逆氧变价机理的研究对于提高钠离子电池的容量、寿命和稳定性具有重要意义。未来,钠离子电池的还原机理还需要进一步研究,以达到更高的能量密度和更好的性能。