中科院發(fā)表新型電池材料綜述 對低成本電池正極材料具有重要意義
發(fā)布時間：2020.03.31
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近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(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隊成員蘭元其、姚文嬌博士、何小龍等人在化學(xué)領(lǐng)域頂級期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》上發(fā)表混合聚陰離子正極材料綜述，全面評述了高效低成本混合聚陰離子正極材料的最新進展和發(fā)展策略。
由于鋰、鈷等資源儲量有限且分布不均勻，鋰離子電池成本越來越高，難以滿足太陽能、風(fēng)能、潮汐能等大規(guī)模儲能領(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離子電池的性能及發(fā)展前景如何，關(guān)鍵在于開發(fā)出相應(yīng)的電極材料和制造工藝的優(yōu)化。近年來，研究團隊圍繞儲能器件及關(guān)鍵材料開展了系列研究工作，在正極材料領(lǐng)域率先開展了草酸鹽體系（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）新型正極材料的開發(fā)及其電化學(xué)反應(yīng)機理的研究工作。
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。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、價電子勢、荷質(zhì)比及標準電勢六大方面，分析了各離子的特征及其作為載荷離子的優(yōu)缺點。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；尤其是提供電荷補償?shù)倪^渡金屬離子對電池的容量、工作電壓、能量密度等有著重要的影響。綜述從過渡金屬的資源、成本、電勢、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、比較了常見過渡金屬作為二次電池正極材料氧化還原對的優(yōu)缺點。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，總結(jié)了無機晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫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。該綜述對發(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。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省科技計劃、深圳市科技計劃等項目資助。
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