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山大化院实践队研发五元高熵普鲁士蓝正极,攻克钠离子电池核心性能难题

    发布时间:2026-07-16 阅读:
    来源:山东大学高熵钠元储能实践队
      面向新型储能技术发展需求,山东大学化学与化工学院高熵钠元储能实践队依托徐立强教授课题组实验平台开展科研攻坚。团队创新搭建Mn-Fe-Co-Ni-V五元高熵改性体系,融合钒氧基团电子调控、乙酰丙酮盐自螯合合成双重技术,攻克传统普鲁士蓝正极材料比容量与循环稳定性难以协同优化的核心难题,开辟低成本钠离子电池正极全新研发方向。
  随着“双碳”战略持续推进,可再生能源配套储能设备需求激增,钠离子电池凭借资源储量充足、制备成本低廉、环境友好等突出优势,成为大型储能电站、光伏配套储能的优选技术路线。正极材料是决定电池能量密度、循环寿命与倍率性能的关键。目前主流的普鲁士蓝类材料虽具备三维开放钠离子传输骨架、合成简便等优势,但传统普鲁士蓝类材料存在固有矛盾:单活性位点材料虽结构可靠,却难以实现高能量输出;双活性位点材料虽储钠容量可观,但充放电时易发生不可逆相变、晶格畸变,循环衰减严重,二者难以平衡的短板严重制约其实际应用。
  针对上述难题,实践队提出三重协同创新方案。一是采用Mn-Fe-Co-Ni-V五元高熵策略,将五种过渡金属以近等原子比均匀占据晶体配位位点,借助高构型熵稳定固溶体框架,依靠高熵效应抑制晶格畸变与不可逆相变,从根源缓解材料循环衰减;二是以VO²⁺为钒元素掺杂基团,利用V=O键吸电子诱导效应优化金属氧化还原电位,提升电池工作电压平台与电子传导效率;三是采用创新的乙酰丙酮盐自螯合合成策略,替代EDTA等强螯合剂,依靠配体缓释作用精准调控晶体生长,保障五种金属均匀掺杂,避免高熵策略失效。 
图为实验材料合成
  从学术层面看,本研究首次将五元高熵晶格调控、钒氧吸电子诱导、自螯合可控合成三种策略耦合,突破现有高熵普鲁士蓝材料的研究边界,系统阐明多金属协同储钠微观机理,完善高熵储能材料理论体系,为普鲁士蓝类材料的改性提供了更多的思路和可能,产出的实验数据与理论模型可支撑高水平学术论文发表,丰富碱金属电池前沿研究成果。产业层面,该材料原料廉价易得、合成工艺绿色简易,无需昂贵稀土金属,同时兼具超高倍率、超长循环特性,完美适配大型储能电站、低速电动车、便携式储能设备等场景,能够有效降低储能电池制造成本,缓解锂资源对外依赖,助力国内储能产业链自主可控,契合国家能源安全与新型电力系统建设战略需求。
  后续,实践队将继续进行材料合成工艺优化、评估与筛选以及构效关系研究,以期获得兼具高比容量、高电压平台和长循环寿命的高性能钠离子电池正极材料,为下一代低成本、高性能钠离子电池的发展提供新的理论依据与材料设计范式,助力钠离子电池多元发展,为清洁能源利用与储能技术革新筑牢材料根基。  
图为实验材料展示
 
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