混合电解质策略提升Na-Ni-Mn-O电极材料电化学性能及其在钠离子电容器中的应用研究

《Materials Chemistry and Physics: Sustainability and Energy》：A hybrid electrolyte approach to enhance the electrochemical properties of Na-Ni-Mn-O electrode material for sodium-ion capacitors

本文系统研究了采用固态法制备的层状P2型Na0.67Ni0.33Mn0.67O2（NNMO）电极材料，通过创新性采用混合电解质（Na2SO4+KOH）策略，显著提升了钠离子电容器（SIC）的比电容（598.5 F g-1）和能量密度（332.5 Wh kg-1），为电网级储能器件开发提供了新思路。

　　

亮点

结果与讨论

为了探究层状NNMO材料的热历史，我们进行了热重分析（TGA），结果如图2所示。从TGA曲线可以观察到，该层状材料呈现出两个明显的重量损失阶段。由于水分蒸发，第一次重量损失发生在16°C至101°C之间。第二次重量损失发生在270°C至800°C之间，这归因于层状材料中碳酸盐的分解。此外，在800°C至1000°C之间没有观察到重量损失，表明材料在此温度区间内具有优异的热稳定性。

混合电解质策略下NNMO||AC电容器的电化学特性

我们对NNMO电极材料进行了全电池评估（构建为NNMO||AC SIC），并在混合电解质（Na₂SO₄+KOH）中展示了其卓越的电化学性能，其中NNMO作为正极，AC（活性炭）作为负极。图14(a)展示了NNMO||AC SIC在0-1.5 V电压窗口内、扫描速率从5到100 mV s^-1的循环伏安（CV）特性。CV曲线中出现的氧化还原峰证明了所制备电容器的赝电容特性。计算表明，该混合电解质中电容器的比电容（C_s）表现出色。

结论

我们利用固态反应成功制备了层状NNMO纳米粉末。在Na₂SO₄电解质和混合电解质中，研究了所合成NNMO材料的电化学电荷存储能力。结果表明，在混合电解质溶液中，NNMO电极在26.6 A g^-1的高电流密度下具有更大的比电容，达到598.5 F g^-1。其最高能量密度（E_d）和功率密度（P_d）分别达到332.5 Wh kg^-1和46598.7 W kg^-1。此外，NNMO||AC SIC展现出优异的性能。