由于钠的储量丰富和低成本，水系钠离子电池有望成为低成本、安全和环境友好的大规模储能技术。然而，目前仅报道了少数正极候选材料，因此迫切需要开发具有更好电化学性能的新型实用电极材料。

近日，以色列巴伊兰大学Doron Aurbach，Dan Thomas Major报道了一种隧道型钙掺杂氧化锰钠新型正极材料，其具有超快的倍率性能和卓越的高倍率循环稳定性。

文章要点

1）研究人员利用X射线衍射和从头计算对Ca_0.07Na_0.26MnO₂材料进行了高级结构分析，进而确定了钙位置，并指出了潜在的钠扩散机制。在三种不同类型的Na位中，钙优先取代Na(1)位。这种取代在Na(2)和Na(3)位产生空位。对Na离子扩散能垒的计算表明，沿Na(2)-Na(2)和Na(2)-Na(3)途径扩散最具可行性。

2）结果表明，这些空位提供了更好的扩散动力学，在50 C倍率下的容量提高了43%。在1000次循环中容量保持率为98.8%。因此，Ca_0.07Na_0.26MnO₂是一种极有前途的水系钠离子电池正极材料。

这项研究突出了了解钙掺杂在水中钠离子电池体系中的作用和反应机理的重要性。特别是在地壳中储量丰富的Ca、Na、Mn、O等元素，因此，材料成本低、可获得性不受限制。

Munseok S. Chae, et al, Vacancy-Driven High Rate Capabilities in Calcium-Doped Na_0.4MnO₂ Cathodes for Aqueous Sodium-Ion Batteries, Adv. Energy Mater. 2020

DOI: 10.1002/aenm.202002077

https://doi.org/10.1002/aenm.202002077