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国内外钠离子电池最新研究进展

作者:中国储能网新闻中心 来源:INESA王晓露编译 发布时间:2021-01-29 浏览:

印度科研人员在钠离子电池柔性阳极材料研究方面取得进展

文章信息

技术领域:钠离子电池

开发单位:印度迦米亚·弥立亚·伊斯拉米大学 Mohd.Shahid Khan

技术突破:研究了MoSSe合金作为钠离子电池阳极材料的电化学性能,结果显示出高容量、低电压、高充放电速率、高柔性等特征(比电荷容量为1036 mA h g−1)。

文章名称:Archana Sharma, Mohd. Shahid Khan, et al. Ab initio study of molybdenum sulfo-selenides alloy as a flexible anode for sodium-ion batteries. Applied Surface Science, 2020.

应用价值:为提高现有阳极材料的电化学性能提供新的前景。

钠具有高离子导电性和快速扩散能力,储量丰富且价格低廉,非常适合大规模应用,如电动汽车和电网级电力存储等,然而钠电池的循环效率还不够高。选择合适的阳极提高反应动力学的钠离子快速存储(阳极)材料,是实现高能量密度和改善电极性能的首要步骤。MoS2(二硫化钼)是一种类似石墨烯的材料,已被广泛研究并作为多种应用场景的潜在材料,包括作为金属离子电池的阳极材料。与石墨烯的平面结构不同,MoS2有更好的金属原子锚定能力,因此具有更高的容量。裸露的MoS2纳米片被用作具有高可逆比容量的SIBs的阳极材料。但由于其固有的低电导率和大体积膨胀,导致容量衰减快,循环稳定性差。近年来,利用改良的化学气相沉积(CVD)技术,在适当的温度下用Se层取代S层合成了MoS2和MoSe2合金结构,打破MoS2的非平面对称性,具有许多独特的特性,如Rasba自旋分裂、二次谐波(SHG)响应和较大的压电效应。

近日,印度迦米亚·弥立亚·伊斯拉米大学Mohd. Shahid Khan团队利用最先进的密度泛函理论(DFT)计算,在原子水平上研究了MoS2和MoSe2合金作为可充电SIBs的阳极材料的重要电化学性能,包括电子导电性、电压分布、比容量、钠离子迁移率和机械强度。结果表明,该电极具有较高的比电荷容量(1036 mA h g−1)和较低的阳极电位窗口(1.52 ~ 0.14 V),具有较高的倍率性能。硒的引入不仅提高了原始MoS2材料的容量,还提高了材料的导电性,同时不影响材料的机械强度,保持了材料的结构稳定性。同时,计算了在Se和S原子表面扩散的低离子跳跃势垒为0.035 eV和0.052 eV,表明Na的迁移速度很快,因此充放电速率也很快。此外,MoSSe合金可以承受高达25%的应变,即使在高浓度Na原子下也不会产生任何结构变形,具有超高的柔韧性。这些结果可以为提高现有阳极材料的电化学性能提供新的前景。

图1 MoSSe合金的结构

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大连化物所研制出光聚合凝胶电解质并用于固态钠金属电池

文章信息

技术领域:钠离子电池

开发单位:中科院大连化物所 吴忠帅

技术突破:发展出一种高室温离子电导率的光聚合凝胶准固态电解质,其表现出优异的室温离子电导率、宽电化学窗口和出色的柔韧性。

文章名称:Wen Pengchao, Wu Zhongshuai, et al. Photopolymerized Gel Electrolyte with Unprecedented Room-Temperature Ionic Conductivity for High-Energy-Density Solid-State Sodium Metal Batteries. Advanced Energy Materials, 2020.

应用价值:构筑出高比能、高倍率、长循环性能的钠金属电池,该研究为发展室温高能密度柔性固态钠金属电池提供了新方向。

钠元素具有与锂相似的特性,因其含量丰富、分布广泛,使钠离子电池成为一种具有竞争力的电化学储能器件。由于Na+半径大于Li+,锂离子电池中常规使用的石墨负极的插层反应不适用于钠离子电池。在一些研究负极材料中,钠金属负极具有高理论容量(1165 mAh/g)和低氧化还原电势(-2.71V vs. 标准氢电势)的特点,被视为开发高输出电压和能量密度的钠离子电池的理想负极材料。但有机电解质系统中的钠金属电池仍存在安全问题,如电解质泄漏和钠枝晶形成,抑制了其实际应用。

近日,中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室二维材料化学与能源应用研究组研究员吴忠帅团队通过光聚合策略制备出一种新型的高离子电导率聚合物,即乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(ETPTA)基准固态电解质,并以此构建出高能量密度、高倍率、长循环固态钠金属电池。制备出的准固态电解质表现出较高的室温离子电导率1.2 mS/cm,以及宽电化学窗口4.7 V(vs. Na+/Na),并有效抑制了钠枝晶的生长;将其应用于钠金属电池,表现出出色的倍率性能和长期循环的稳定性,在15 C时可保持55 mAh/g的可逆放电容量;在5 C的倍率下循环1000次,仍可保持97%的容量。所获得的钠金属软包电池也表现出优异的稳定性、柔韧性和安全性能。该研究为发展室温高能密度柔性固态钠金属电池提供了新方向。(来源:中科院大连化学物理研究所)

图1 ETPTA-NaClO4-QSSE, NVP, 和 NVP||ETPTA-NaClO4-QSSE||Na SMBs的制备与表征

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关键字:钠离子电池

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