中國(guó)教育報(bào)-中國(guó)教育新聞網(wǎng)訊（通訊員 丁德鳳 記者 陽錫葉）近日，湘潭大學(xué)化學(xué)學(xué)院劉黎教授團(tuán)隊(duì)從晶體學(xué)對(duì)稱性出發(fā)，揭示其在調(diào)控離子傳輸動(dòng)力學(xué)與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面的內(nèi)在關(guān)聯(lián)機(jī)制，提出了一種極具突破性的“面外對(duì)稱性設(shè)計(jì)”（Out-Of-Plane Symmetry Design），該研究成果的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略具備良好的普適性，有望拓展至其他層狀電極體系，為高性能電極材料的理性設(shè)計(jì)提供新范式，并為鈉離子電池由實(shí)驗(yàn)室研究邁向?qū)嶋H應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供重要的技術(shù)參考。相關(guān)研究成果發(fā)表于化學(xué)領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（JACS）。

鈉離子電池因其層狀過渡金屬氧化物正極（尤其是P型）具有寬闊的鈉離子傳輸通道而備受關(guān)注，但在充放電過程中面臨著復(fù)雜的相變（如當(dāng)大量鈉離子脫出時(shí)，過渡金屬層容易發(fā)生滑移，導(dǎo)致從P相向O相的不可逆轉(zhuǎn)變）和嚴(yán)重的電壓滯后問題，極大地限制了其實(shí)際能量密度和循環(huán)壽命。傳統(tǒng)的改性策略多集中在面內(nèi)（In-Plane）的金屬離子摻雜或無序化設(shè)計(jì)，往往難以根治面外（Out-of-Plane）堆疊次序引發(fā)的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

劉黎教授團(tuán)隊(duì)通過在堿金屬層中引入電荷歧化，巧妙地誘導(dǎo)P3型層狀材料發(fā)生單斜晶格畸變。這種畸變打破了原有的晶體對(duì)稱性，構(gòu)建了一種獨(dú)特的面外對(duì)稱性（Out-Of-Plane Symmetry）。不同于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這種新對(duì)稱性允許P型和O型Na離子間隙位點(diǎn)共存，從而阻斷了氧離子的長(zhǎng)程有序滑移，有效抑制了有害相變的發(fā)生。

研究結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)調(diào)控策略為高能效、低滯后鈉離子電池正極材料的設(shè)計(jì)與研究提供了全新通途?；谠摬呗栽O(shè)計(jì)所制備的TS-NMNMCO正極材料由于結(jié)構(gòu)演化被有效抑制，材料100圈循環(huán)中的平均電壓滯后僅0.16V，同時(shí)具有高達(dá)437 Wh kg?1的能量密度，在100 mA g?1的電流密度下，200圈循環(huán)后容量保持率高達(dá)80.2%，遠(yuǎn)超對(duì)照組P3-NNMO材料（僅30.3%）。

據(jù)介紹，劉黎教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于新型儲(chǔ)能材料與器件的研究，圍繞金屬離子電池關(guān)鍵材料的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)調(diào)控及儲(chǔ)能機(jī)理開展系統(tǒng)性探索，旨在推動(dòng)新能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化領(lǐng)域關(guān)鍵材料的性能優(yōu)化與應(yīng)用拓展。