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中科院發(fā)表新型電池材料綜述 對(duì)低成本電池正極材料具有重要意義

文章出處:責(zé)任編輯:人氣:-發(fā)表時(shí)間:2020-03-31 09:36【

近日,中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究員及其團(tuán)隊(duì)成員蘭元其、姚文嬌博士、何小龍等人在化學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上發(fā)表混合聚陰離子正極材料綜述,全面評(píng)述了高效低成本混合聚陰離子正極材料的最新進(jìn)展和發(fā)展策略。

由于鋰、鈷等資源儲(chǔ)量有限且分布不均勻,鋰離子電池成本越來(lái)越高,難以滿足太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能等大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域的發(fā)展需求。與鋰電相似,鈉離子電池、鉀離子電池以及多價(jià)離子電池的性能及發(fā)展前景如何,關(guān)鍵在于開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的電極材料和制造工藝的優(yōu)化。近年來(lái),研究團(tuán)隊(duì)圍繞儲(chǔ)能器件及關(guān)鍵材料開(kāi)展了系列研究工作,在正極材料領(lǐng)域率先開(kāi)展了草酸鹽體系(Nat. Comm.2019, 10, 3483)、混合聚陰離子體系(Angew. Chem. Int. Ed.2020, 59, 740,Nat. Comm.2020, In press)新型正極材料的開(kāi)發(fā)及其電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的研究工作。
本綜述首先討論了多種金屬離子作為二次電池載荷離子的優(yōu)缺點(diǎn)。載荷離子作為電池最關(guān)鍵的影響因素,其本征物理、化學(xué)特性影響著電池的整體性能。綜述從資源、成本、離子半徑、價(jià)電子勢(shì)、荷質(zhì)比及標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)六大方面,分析了各離子的特征及其作為載荷離子的優(yōu)缺點(diǎn)。其次,作為二次電池的短板,相關(guān)正極材料的性能決定了電池的電化學(xué)性能;尤其是提供電荷補(bǔ)償?shù)倪^(guò)渡金屬離子對(duì)電池的容量、工作電壓、能量密度等有著重要的影響。綜述從過(guò)渡金屬的資源、成本、電勢(shì)、可轉(zhuǎn)移電子數(shù)、環(huán)境友好程度及已知化合物種類六方面,分析、比較了常見(jiàn)過(guò)渡金屬作為二次電池正極材料氧化還原對(duì)的優(yōu)缺點(diǎn)。最后,鑒于目前混合聚陰離子型正極材料研究較少的現(xiàn)狀,綜述詳細(xì)闡述了聚陰離子作為正極材料結(jié)構(gòu)框架的穩(wěn)定性優(yōu)勢(shì),總結(jié)了無(wú)機(jī)晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)中已有的混合聚陰離子化合物種類,指出了多種體系仍未被研究,闡明了在相關(guān)體系發(fā)現(xiàn)新化合物的可能性以及新型正極材料的潛在優(yōu)勢(shì)。該綜述對(duì)發(fā)展高效低成本環(huán)保電池正極材料具有重要指導(dǎo)意義。
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省科技計(jì)劃、深圳市科技計(jì)劃等項(xiàng)目資助。


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