近日，昆明理工大學(xué)冶金與能源工程學(xué)院、真空冶金國家工程研究中心梁風(fēng)教授團(tuán)隊(duì)在等離子體改性能源材料領(lǐng)域取得新進(jìn)展，成功實(shí)現(xiàn)低溫等離子體對(duì)磷酸釩鈉正極片在宏觀尺度和微觀尺度的協(xié)同改性，并揭示了其協(xié)同改性機(jī)制。該項(xiàng)研究為低溫等離子體多尺度改性能源材料提供了新的思路。相關(guān)成果以“Sodium vanadium phosphate electrode achieving rapid Na+ migration kinetics through DBD plasma multiscale modification”為題發(fā)表在國際能源與材料領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Energy Storage Materials 》上。

鈉離子電池因其豐富的資源優(yōu)勢(shì)以及出色的低溫性能成為大規(guī)模儲(chǔ)能的首選。在鈉離子電池正極材料中，Na3V2(PO4)3（NVP）因其獨(dú)特的鈉超離子導(dǎo)體（NASICON）結(jié)構(gòu)而備受關(guān)注。然而，NVP的電子導(dǎo)電性低以及鈉離子擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)差，極大地阻礙了其高倍率和長循環(huán)性能的發(fā)揮。針對(duì)上述挑戰(zhàn)，昆明理工大學(xué)梁風(fēng)教授團(tuán)隊(duì)提出了低溫等離子體對(duì)NVP電極片多尺度協(xié)同改性的創(chuàng)新解決方案。在微觀尺度，通過低溫等離子體激發(fā)的高能電子在NVP晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部引入氧空位，從而減小了NVP晶體的帶隙并降低了鈉離子傳輸能壘；在宏觀尺度，在NVP電極片界面原位形成具有較高鈉離子電導(dǎo)率的NaF層，提高電極片界面鈉離子的傳輸性能，并通過COMSOL模擬和DFT計(jì)算進(jìn)一步揭示了其協(xié)同改性機(jī)制。該項(xiàng)研究為低溫等離子體多尺度改性能源材料提供了新的見解。

DBD等離子體多尺度改性鈉離子電池正極示意圖

昆明理工大學(xué)東鵬博士為論文的第一作者，張達(dá)老師為論文的共同第一作者，昆明理工大學(xué)梁風(fēng)教授為論文的通訊作者，昆明理工大學(xué)為論文的唯一通訊單位。該研究工作得到國家自然科學(xué)基金、云南省杰青、云南省重點(diǎn)項(xiàng)目的資助。