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新材料技术

需求背景

能源与环境问题是当今世界的重大问题，可再生能源（诸如风能、太阳能和潮汐 能等）是破解这一难题的有效途径。但可再生能源的利用由于受季节、气象、时间和 地域条件的影响，具有明显的间歇性和不稳定性。为了将其并入电网，大规模能量存 储系统（EESs）的发展便成为关键。近年来，由于资源丰富、价格低廉、可利用程度 高的特性，钠离子电池（SIBs）被认为是锂离子电池（LIBs）的有效替代选择和发展大规模储能极具潜力的关键技术。但是，相对于锂离子0.76 Å的半径而言，钠具有更大的离子半径（1.02 Å）。在电化学反应过程中，钠离子更易影响电极材料的晶相稳定、界面形成和反应动力学。因此，设计能有效存储钠离子和利于钠离子快速扩散的电极材料是必要的。

需解决的主要技术难题

1.离子扩散速率和电导率问题：锐钛矿型TiO2的离子扩散速率和电导率较低，这限制了其在钠离子电池中的电化学性能。

2.解决方法：通过合理的结构设计，如引入缺陷、构建纳米结构或与其他高导电性材料复合，以提高离子和电子的传输效率。

3.结构及界面调控：为了提高电池的能量密度和倍率性能，需要对电极的结构和界面进行优化。解决方法：通过精确控制电极的形貌、粒径分布和取向，以及优化电极与电解质之间的界面，以减少内阻并提高整体性能。

4.首次库仑效率问题：负极材料的首次库仑效率通常较低，这会影响电池的整体性能。

5.电解液及添加剂的选择：需要开发新型电解液和添加剂，以适应钠离子电池的特殊需求。解决方法：通过筛选和优化电解液成分，提高钠离子在电极中的传输性能，并减少与电极材料的副反应。

期望实现的主要技术目标

1、通过利用浓度调节的方法，有效控制一次微晶和二次颗粒尺寸的变化，创造性构建和深入地分析孔结构演变模型，系统地探索其对锐钛矿 TiO2储钠性能的影响。2、通过在无需进一步包覆、掺杂和复合物修饰下，研究具有良好孔结构的材料，使其展现极高循环寿命和极好的倍率性能。

处理进度