近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院納米調(diào)控與生物力學(xué)研究中心助理研究員付比（第一作者）及湘潭大學(xué)客座學(xué)生蘇永、余俊熹等在電化學(xué)期刊Electrochimica Acta 上發(fā)表研究進(jìn)展。這篇題為Single crystalline nanorods of Na_0.44MnO₂ enhanced by reduced graphene oxides as a high rate and high capacity cathode material for sodium-ion batteries（Electrochimica Acta 303，125-132, 2019）的論文，闡述了還原氧化石墨烯提升并影響Na_0.44MnO₂鈉離子擴(kuò)散速率的微觀機(jī)理，并采用導(dǎo)電原子力顯微技術(shù)（conductive-atomic force microscopy, c-AFM）在納米尺度定量測量鈉離子電池電極材料的導(dǎo)電性。

　　電化學(xué)能源存儲(chǔ)在可充放電電子設(shè)備具有廣泛應(yīng)用，鋰離子電池具有高能量密度、輕質(zhì)量、小體積和壽命長等特點(diǎn)，已成為當(dāng)前的主流技術(shù)。鈉與鋰元素屬于同族堿金屬元素，具有相似的物理化學(xué)性能，用金屬鈉代替金屬鋰，研發(fā)“搖椅”式鈉離子電池已成為降低電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)成本的重要方法。Na_0.44MnO₂具有S型離子擴(kuò)散通道，能夠緩沖質(zhì)量和體積相對較大的鈉離子嵌入/脫出電極材料產(chǎn)生的應(yīng)變，然而其電導(dǎo)率較低，抑制了鈉離子擴(kuò)散速率。

　　團(tuán)隊(duì)制備了Na_0.44MnO₂/rGO復(fù)合納米電極材料，并采用c-AFM定量測量了其納米尺度電流-電壓曲線，研究表明：加入少量還原氧化石墨烯，復(fù)合電極材料的電阻降低了一個(gè)數(shù)量級。電化學(xué)循環(huán)和倍率性能測試結(jié)果表明：Na_0.44MnO₂/rGO復(fù)合納米電極材料在0.2C電流密度下循環(huán)200次后保持比容量為124mAh/g，在15C電流密度下可逆循環(huán)比容量為70.8mAh/g，與純Na_0.44MnO₂納米棒相比其電化學(xué)性能有顯著提高。阻抗譜分析表明：引入rGO能夠有效減小Na_0.44MnO₂/rGO復(fù)合納米電極Warburg系數(shù)，增大鈉離子擴(kuò)散系數(shù)，進(jìn)而提升電化學(xué)儲(chǔ)能。

　　該研究揭示了納米尺度調(diào)控與測量鈉離子電池電極材料物性，影響并提升電化學(xué)儲(chǔ)能的微觀機(jī)制。該項(xiàng)研究得到科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃納米專項(xiàng)（2016YFA0201001）、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（11472236,11802318）、深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目（JCYJ20170818155200084）、廣東省珠江人才計(jì)劃（2017GC010051）等的資助。

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圖：Na_0.44MnO₂/rGO微觀結(jié)構(gòu)及采用c-AFM測量電極材料IV曲線