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硫化铜电极材料助推钠离子电池商业化

来源:盖世汽车  时间:2019-08-09 09:34  作者:Elisha   编辑:王厅  

图源:KAIST官网

    锂离子电池(LIBs)自面市以来,已被广泛应用于各种电化学储能应用,包括移动设备、电动汽车和储能系统(Ess),是最受欢迎的可充电电池类型之一。但是,随着需求的增加,其价格在过去几年也有所上涨。 由于钠的天然储量高、成本低,而且化学性质与锂相似,因此,钠离子电池(SIBs)有望成为锂离子电池的替代品。人们对SIB电池越来越感兴趣,但是,由于缺乏合适的电极材料,SIB电池的商业化还远末实现。

    据外媒报道,韩国高级科学技术研究院(KAIST)的研究人员提出新策略,以硫化铜为电极材料,延长钠离子电池可循环性。使用这种材料,可以促进SIB电池的高性能转换反应,并有望实现SIB电池的商业化。

    Jong Min Yuk教授领导的团队证实了利用硫化铜稳定钠储存机制。硫化铜是一种优良的电极材料,因其独特的耐粉碎转化反应机理,具有高容量、高速率和长周期循环能力,从而促进容量恢复。研究结果表明,使用硫化铜时,钠离子电池每天充电一次,使用寿命可达5年以上。而且,硫化铜含有丰富的铜和硫等天然材料,比锂离子电池具有更好的成本竞争力,锂离子电池使用的是锂和钴。

    锂离子电池采用石墨等插层材料作为负极,由于插层间距不足,这些材料无法大量存储钠。因此,人们开始探索转化和合金化反应型材料,以满足负极部分的高容量需求。然而,与插入反应不同,在转化和合金化反应中,材料的体积膨胀通常较大,而且晶体会突然发生变化,进而破坏活性物质,导致容量严重退化。

    研究团队发现,在转化反应中,对于实现耐粉碎转化反应和容量恢复,半共格相界面(semi-coherent phase interface)和晶界起到关键作用。硫化铜通过渐进性的晶体变化,生成半共格相界面,最终阻止颗粒的粉碎。基于这一独特的机理,研究人员证实,无论大小和形态如何,硫化铜都具有高容量和高循环稳定性。Yuk教授表示:“使用硫化铜,可以促进钠离子电池的发展,有助于开发低成本储能系统,并解决微尘问题。”

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