鈉雙離子電池由于其高電壓、高能量密度、低成本和生態(tài)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)在電能存儲(chǔ)中受到了廣泛的關(guān)注。與常規(guī)的搖椅式鈉離子電池不同,鈉雙離子電池的陰離子(例如PF6-,AlCl4-,ClO4-,TFSI-,F(xiàn)TFSI-和FSI-)和陽(yáng)離子(Na+)可以在正極和負(fù)極材料中同時(shí)嵌入和脫出。因此,鈉雙離子電池理論上具有優(yōu)異的動(dòng)力學(xué)性能。
目前,膨脹石墨等碳基材料主要用于鈉雙離子電池的正極材料,由于鈉陽(yáng)離子的離子半徑比鋰離子大,因此在嵌入時(shí)鈉雙離子電池的動(dòng)力學(xué)、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性較差,至今缺少優(yōu)異的負(fù)極材料。尋求性能優(yōu)越的鈉雙離子電池負(fù)極材料,進(jìn)而使鈉雙離子電池技術(shù)真正走向工業(yè)化是目前電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。
比利時(shí)那慕爾大學(xué)及武漢理工大學(xué)蘇寶連院士團(tuán)隊(duì)和寧波大學(xué)舒杰教授課題組設(shè)計(jì)并組裝出了一種全新的TiSe2-石墨鈉雙離子電池。與其它鈉雙離子電池相比,新型TiSe2-石墨鈉雙離子電池可以顯著地提升電池的動(dòng)力學(xué)性能和循環(huán)穩(wěn)定性。
文章簡(jiǎn)介
近日,比利時(shí)那慕爾大學(xué)/武漢理工大學(xué)蘇寶連院士團(tuán)隊(duì)和寧波大學(xué)舒杰教授課題組設(shè)計(jì)并組裝出了一種全新的TiSe2-石墨鈉雙離子電池。在國(guó)際知名期刊Angewandte Chemie International Edition上發(fā)表題為“A Novel TiSe2-Graphite Dual Ion Battery: Fast Na-Ion Insertion and Excellent Stability”的觀點(diǎn)文章。
該觀點(diǎn)文章分析了鈉雙離子電池發(fā)展的現(xiàn)狀和發(fā)展的制約因素,以及鈉雙離子電池正負(fù)極發(fā)展的情況。與其它鈉雙離子電池相比,新型TiSe2-石墨鈉雙離子電池可以顯著地提升電池的動(dòng)力學(xué)性能和循環(huán)穩(wěn)定性。
圖1. TiSe2-石墨雙離子電池模型和電池的組裝。
要點(diǎn)一:原位探究
該工作通過(guò)原位XRD研究了鈉離子在TiSe2中傳輸?shù)臋C(jī)理,揭示了其嵌入過(guò)程中的四個(gè)相變過(guò)程(Na0.25TiSe2 Na0.75TiSe2 Na0.8TiSe2 NaTiSe2)。并且,作者對(duì)嵌入和脫出過(guò)程中TiSe2層間距的變化進(jìn)行了詳細(xì)的分析,豐富了鈉離子在TiSe2中傳輸機(jī)理理論知識(shí),為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新型性能優(yōu)異的負(fù)極材料提供理論指導(dǎo)。
要點(diǎn)二:DFT分析
為了進(jìn)一步深入分析鈉雙離子電池機(jī)理,通過(guò)密度泛函理論(DFT)對(duì)鈉雙離子電池正負(fù)極中陰離子和陽(yáng)離子脫嵌過(guò)程進(jìn)行了理論計(jì)算。結(jié)果表明,TiSe2具有較好導(dǎo)電性和優(yōu)異的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)性能,且在石墨層間中六氟磷酸根離子主要沿著低能壘的(100)方向傳輸。
要點(diǎn)三:雙離子電池組裝
基于正負(fù)極良好的匹配性,該工作中設(shè)計(jì)的新型TiSe2-石墨鈉雙離子電池展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。與其它鈉雙離子電池相比,TiSe2-石墨鈉雙離子電池具有體積變化小、成本低、導(dǎo)電性好等優(yōu)點(diǎn)。這項(xiàng)工作為鈉雙離子電池的發(fā)展提供了新的思路。
原標(biāo)題: 蘇寶連院士/舒杰教授,Angewandte Chemie:一種新型TiSe2-石墨雙離子電池:快速的鈉離子嵌入和優(yōu)異的穩(wěn)定性