Mg-doped layered oxide cathode for Na-ion batteries

Na-ion batteries (NIBs) are regarding as the optimum complement for Li-ion batteries along with the rapid development of stationary energy storage systems. In order to meet the commercial demands of cathodes for NIBs, O3-type Cu containing layered oxide Na_0.90Cu_0.22Fe_0.30Mn_0.48O₂ with good comprehensive performance and low-cost element components is very promising for the practical use. However, only part of the Cu³⁺/Cu²⁺ redox couple participated in the redox reaction, thus impairing the specific capacity of the cathode materials. Herein, Mg²⁺-doped O3-Na_0.90Mg_0.08Cu_0.22Fe_0.30Mn_0.40O₂ layered oxide without Mn³⁺ was synthesized successfully, which exhibited improved reversible specific capacity of 118 mAh/g in the voltage range of 2.4-4.0 V at 0.2 C, corresponding to the intercalation/deintercalation of 0.47 Na⁺ (0.1 more than that of Na_0.90Cu_0.22Fe_0.30Mn_0.48O₂). This work demonstrates an important strategy to obtain advanced layered oxide cathodes for NIBs.     

微流体芯片中的癌症生物物理研究

文章从生物物理的新角度出发,介绍了如何利用微流体技术研究癌症的一系列重大问题,其中包括:构建三维微型结构体,用于在体外模拟和研究肿瘤细胞侵袭组织的细胞生物行为;开发新型微流体芯片,以检测血液中循环肿瘤细胞,并分析将其应用于临床中的可能性。文章还展望了飞秒激光三维直写技术构建肿瘤细胞转移模型的应用前景。     

三维微纳米制造技术在癌症生物物理研究中的应用

癌症致命的主要原因是癌细胞在临床上的转移性. 癌细胞的侵袭和转移是一个非常复杂的三维过程, 但现有的癌症研究在活体上有诸多观测和操作上的困难. 而体外实验又通常在培养皿中进行, 其二维的生长环境已完全不能满足对癌细胞空间转移性的深入研究, 故在活体外构建出癌细胞侵袭和转移的三维物理模型具有十分重要的意义. 然而如何在体外尽可能真实地模拟体内癌细胞的生长微环境一直是困扰科学家的难题. 本文系统介绍了三维微纳米制造的几种主流技术, 探讨了它们在癌症生物物理研究中的应用和发展. 在此基础上为了在未来实现对体外三维模型的制造、观测和精确操作, 文章还创新性地提出了一种结合紫外线固化生物型水凝胶的三维成型技术、光片三维成像技术以及微纳米探针控制技术的一体化研究平台. 这些先进的技术和理念, 势必会逐步升级现有传统的癌症研究手段, 为未来理解和治疗癌症揭开全新的篇章.     

钠离子层状氧化物材料相变及其对性能的影响

钠离子电池近年来在大规模储能领域展现出优异的发展和应用前景.由于钠离子层状过渡金属氧化物正极材料(Na_xTMO₂)具有比容量高、容易制备、电压可调和成本低的优势,在学术界和产业界得到了广泛的关注与研究.但较大的Na~+半径和较强的Na~+-Na~+静电排斥作用,导致Na_xTMO₂具有多种结构类型和复杂的结构转变,以及由此形成了多重结构-性能关系.本文详细介绍了Na_xTMO₂的结构类型,综述了在Na~+脱出/嵌入过程中引发的结构演变,旨在揭示钠离子层状过渡金属氧化物正极材料结构转变机理及其对电化学性能的影响,最后讨论了现存的挑战并提出了改进策略.     

Anionic redox reaction mechanism in Na-ion batteries

Na-ion batteries (NIBs), as one of the next-generation rechargeable battery systems, hold great potential in large-scale energy storage applications owing to the abundance and costeffectiveness of sodium resources. Despite the extensive exploration of electrode materials, the relatively low attainable capacity of NIBs hinders their practical application. In recent years, the anionic redox reaction (ARR) in NIBs has been emerging as a new paradigm to deliver extra capacity and thus offers an opportunity to break through the intrinsic energy density limit. In this review, the fundamental investigation of the ARR mechanism and the latest exploration of cathode materials are summarized, in order to highlight the significance of reversible anionic redox and suggest prospective developing directions.     

室温钠离子电池材料及器件研究进展

在众多电化学储能技术中,室温钠离子电池除具有能量密度高、循环寿命长的特点外,还具有其他电池体系所不具有的资源丰富和成本低廉的优势,是一种较理想的规模储能电池体系.中国科学院物理研究所自2011年以来致力于低成本、安全环保的钠离子电池技术的研发,在正、负极材料和电解质材料开发中取得了多项原创性的研究成果,并研制出Ah级钠离子软包电池.例如,首次发现Cu~(2+)/Cu~(3+)氧化还原电对高度可逆并设计了Na-Cu-Fe-Mn-O基低成本层状氧化物正极材料;首次通过简单的一步碳化法制备出性价比高的无烟煤基负极材料;首次将一种新型的钠盐NaFSI应用于碳酸酯非水电解质以大幅度提升电极材料的性能等.本文综述了物理所在钠离子电池材料及器件研究中所取得的重要进展和突破,期待经过进一步不懈地努力为实现钠离子电池的产业化做出重要贡献.     

Mg掺杂提升钠离子电池正极材料高电压循环性能

钠离子电池层状氧化物正极材料具有高容量、易合成等优势,表现出巨大的应用潜力.为了开发出高容量、长循环的正极材料,本文提出对NaNi_0.4Cu_0.1Mn_0.4Ti_0.10₂ (NCMT)用Mg²⁺部分取代Ni²⁺的改性策略,设计并合成了高容量、长循环的NaNi_0.35Mg_0.05Cu_0.1Mn_0.4Ti_0.10₂ (NCMT-Mg)正极材料.该材料在2.4—4.3 V电压范围内,显示165 mAh·g^-1的高可逆比容量.在0.1 C的倍率下循环350周后,仍有111 mAh·g^-1的可逆比容量,容量保持率为67.3%,相较于未掺杂的原始样品提升了约13%.本文对其进行了系统表征并揭示了其高电压循环稳定的机理,为开发出高性能钠离子正极材料提供了重要参考.