鋰離子電池(LIBs)自面市以來(lái),已被廣泛應(yīng)用于各種電化學(xué)儲(chǔ)能應(yīng)用,包括移動(dòng)設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)和儲(chǔ)能系統(tǒng)(Ess),是最受歡迎的可充電電池類(lèi)型之一。但是,隨著需求的增加,其價(jià)格在過(guò)去幾年也有所上漲。 由于鈉的天然儲(chǔ)量高、成本低,而且化學(xué)性質(zhì)與鋰相似,因此,鈉離子電池(SIBs)有望成為鋰離子電池的替代品。人們對(duì)SIB電池越來(lái)越感興趣,但是,由于缺乏合適的電極材料,SIB電池的商業(yè)化還遠(yuǎn)末實(shí)現(xiàn)。
據(jù)外媒報(bào)道,韓國(guó)高級(jí)科學(xué)技術(shù)研究院(KAIST)的研究人員提出新策略,以硫化銅為電極材料,延長(zhǎng)鈉離子電池可循環(huán)性。使用這種材料,可以促進(jìn)SIB電池的高性能轉(zhuǎn)換反應(yīng),并有望實(shí)現(xiàn)SIB電池的商業(yè)化。
Jong Min Yuk教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)證實(shí)了利用硫化銅穩(wěn)定鈉儲(chǔ)存機(jī)制。硫化銅是一種優(yōu)良的電極材料,因其獨(dú)特的耐粉碎轉(zhuǎn)化反應(yīng)機(jī)理,具有高容量、高速率和長(zhǎng)周期循環(huán)能力,從而促進(jìn)容量恢復(fù)。研究結(jié)果表明,使用硫化銅時(shí),鈉離子電池每天充電一次,使用壽命可達(dá)5年以上。而且,硫化銅含有豐富的銅和硫等天然材料,比鋰離子電池具有更好的成本競(jìng)爭(zhēng)力,鋰離子電池使用的是鋰和鈷。
鋰離子電池采用石墨等插層材料作為負(fù)極,由于插層間距不足,這些材料無(wú)法大量存儲(chǔ)鈉。因此,人們開(kāi)始探索轉(zhuǎn)化和合金化反應(yīng)型材料,以滿(mǎn)足負(fù)極部分的高容量需求。然而,與插入反應(yīng)不同,在轉(zhuǎn)化和合金化反應(yīng)中,材料的體積膨脹通常較大,而且晶體會(huì)突然發(fā)生變化,進(jìn)而破壞活性物質(zhì),導(dǎo)致容量嚴(yán)重退化。
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),在轉(zhuǎn)化反應(yīng)中,對(duì)于實(shí)現(xiàn)耐粉碎轉(zhuǎn)化反應(yīng)和容量恢復(fù),半共格相界面(semi-coherent phase interface)和晶界起到關(guān)鍵作用。硫化銅通過(guò)漸進(jìn)性的晶體變化,生成半共格相界面,最終阻止顆粒的粉碎。基于這一獨(dú)特的機(jī)理,研究人員證實(shí),無(wú)論大小和形態(tài)如何,硫化銅都具有高容量和高循環(huán)穩(wěn)定性。Yuk教授表示:“使用硫化銅,可以促進(jìn)鈉離子電池的發(fā)展,有助于開(kāi)發(fā)低成本儲(chǔ)能系統(tǒng),并解決微塵問(wèn)題?!?
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