第一作者：姜雨蒙

通訊作者：張智*，高義華*

單位：華中科技大學(xué)

地球上鈉資源分布廣泛且儲(chǔ)量豐富。因此，鈉離子電池（SIBs）被認(rèn)為是解決能源危機(jī)和鋰資源短缺問題的替代方案，甚至有望取代鋰離子電池。對(duì)于先進(jìn)SIBs的實(shí)際應(yīng)用來說，探索和開發(fā)高性能的負(fù)極材料至關(guān)重要。在各種負(fù)極材料中，雙金屬氧化物（BMOs）因其儲(chǔ)量豐富、易獲取、豐富的氧化還原反應(yīng)、容量高和循環(huán)穩(wěn)定性強(qiáng)而受到特別的關(guān)注。盡管已經(jīng)報(bào)道了許多BMOs作為SIBs的負(fù)極材料，但很少有研究總結(jié)BMOs在SIBs實(shí)際應(yīng)用中的進(jìn)展和前景。本篇綜述總結(jié)并討論了近年來BMO負(fù)極材料在SIBs中的研究進(jìn)展和挑戰(zhàn)。首先，本文討論了BMOs的制備方法和鈉儲(chǔ)存機(jī)制。然后，我們總結(jié)了BMO負(fù)極材料的存在的挑戰(zhàn)、提出的優(yōu)化策略和鈉儲(chǔ)存性能。最后，本文提出了BMOs在SIBs中的前景和未來研究方向。本篇綜述旨在為高性能SIBs的有效設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供見解。

近日，來自華中科技大學(xué)的張智和高義華在國(guó)際知名期刊ACS Nano上發(fā)表題為“Progress and Prospect of Bimetallic Oxides for Sodium-Ion Batteries: Synthesis, Mechanism, and Optimization Strategy”的綜述文章。該文章總結(jié)了BMOs作為SIBs負(fù)極材料的研究和應(yīng)用進(jìn)展，同時(shí)討論了高性能BMOs負(fù)極材料在SIBs中面臨的挑戰(zhàn)、優(yōu)化策略和研究方向。

在大規(guī)模生產(chǎn)電極材料之前，需要考慮制備過程的復(fù)雜性、環(huán)境問題、生產(chǎn)成本和生產(chǎn)率，因此電極材料的合成方法對(duì)SIBs的商業(yè)化至關(guān)重要。目前，制備BMOs的技術(shù)已經(jīng)得到了很好的發(fā)展，主要包括溶劑熱/水熱法、溶膠-凝膠法、靜電紡絲技術(shù)和共沉淀法。研究人員可以根據(jù)需要和電極材料的特性選擇最合適的合成技術(shù)，以確保形態(tài)和結(jié)構(gòu)的多樣性，并滿足不同領(lǐng)域的需求。此外，其他方法如熱分解、微波輔助方法、電化學(xué)置換反應(yīng)、化學(xué)鍵合方法、水浴和球磨等方法也被用來合成BMO電極材料。然而，仍然需要開發(fā)低成本、方便、環(huán)保的合成技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)控制結(jié)構(gòu)和成分良好的BMOs作為SIBs先進(jìn)的負(fù)極材料的大規(guī)模生產(chǎn)。

與單金屬氧化物相比，BMOs具有豐富的氧化還原位點(diǎn)、更高的理論容量和增強(qiáng)的電導(dǎo)率，在鈉儲(chǔ)存方面表現(xiàn)出更優(yōu)異的潛力。對(duì)于BMOs來說，轉(zhuǎn)化反應(yīng)是最常見的鈉儲(chǔ)存機(jī)制，但由于BMOs中不同的金屬類型和特殊的晶體結(jié)構(gòu)，其鈉儲(chǔ)存過程也可能伴隨著預(yù)插層反應(yīng)和/或后合金化反應(yīng)。

與單金屬氧化物相比，BMOs顯示出更強(qiáng)的鈉儲(chǔ)存能力，但它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中仍面臨許多關(guān)鍵問題。首先，BMOs不可避免地會(huì)出現(xiàn)體積膨脹問題，導(dǎo)致電極的粉碎。其次，由于Na⁺的半徑大和BMOs的固有電導(dǎo)率低，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢，倍率性能不佳。最后，BMOs可能會(huì)與電解液發(fā)生副反應(yīng)，形成中間氧化物。此外，BMOs可能會(huì)不可逆地形成一層鈍化的固體電解質(zhì)界面層，導(dǎo)致庫(kù)侖效率降低。因此，文中詳細(xì)闡述了用于改善BMOs電化學(xué)性能的優(yōu)化策略，包括緩解粉化、提高導(dǎo)電性、選擇適合的電解質(zhì)以及緩解副反應(yīng)等。

當(dāng)前對(duì)于BMOs的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和微觀結(jié)構(gòu)演化的準(zhǔn)確理解仍然有限。與鋰離子電池的循環(huán)性能相比，大多數(shù)報(bào)道的BMO負(fù)極材料在工業(yè)電池中的長(zhǎng)期循環(huán)性能仍然較差。為SIBs選擇合適的電解質(zhì)也很重要。在未來的發(fā)展中必須進(jìn)一步追求高效、經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)的制備方法，以確保大規(guī)模生產(chǎn)BMOs的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。通過先進(jìn)的優(yōu)化策略實(shí)現(xiàn)BMO負(fù)極材料的優(yōu)勢(shì)，將為在SIBs中實(shí)現(xiàn)高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命和出色的倍率能力創(chuàng)造新的機(jī)會(huì)。這些成果不僅在可再生能源儲(chǔ)能電網(wǎng)和電動(dòng)汽車領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力，而且將戰(zhàn)略性地指導(dǎo)可持續(xù)、更高效的儲(chǔ)能系統(tǒng)的建設(shè)。展望未來，通過持續(xù)不斷的研究和創(chuàng)新，BMOs作為商業(yè)SIBs的負(fù)極材料具有巨大的潛力和光明的未來。

“Progress and Prospect of Bimetallic Oxides for Sodium-Ion Batteries: Synthesis, Mechanism, and Optimization Strategy”