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高功率快充鋰離子電池研究新進(jìn)展 有望在未來得到廣泛應(yīng)用
2024年08月19日 13:57:36
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：楊 點(diǎn)擊量：9178
該研究提出了利用多價態(tài)陽離子驅(qū)動剪切晶體結(jié)構(gòu)調(diào)控的新策略，以顯著提升Wadsley-Roth鈮基氧化物的大功率儲鋰性能。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】近年來，隨著電動汽車和可再生能源技術(shù)的飛速發(fā)展，對高功率快充鋰離子電池的需求日益增長。鋰離子電池作為目前最主流的儲能設(shè)備之一，其性能的提升對于推動整個行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。其中，Wadsley-Roth晶體剪切結(jié)構(gòu)鈮基氧化物(Wadsley-Roth crystallographic shear structure niobium-based oxides)作為一種具有潛力的負(fù)極材料，因其獨(dú)特的三維開放隧道結(jié)構(gòu)和高度的可逆氧化還原對，成為了研究的熱點(diǎn)。
Wadsley-Roth結(jié)構(gòu)鈮基氧化物因其獨(dú)特的晶體剪切結(jié)構(gòu)，提供了鋰離子快速擴(kuò)散的路徑，這對于提高鋰離子電池的功率密度和循環(huán)穩(wěn)定性至關(guān)重要。其適中的鋰化電位和可逆的氧化還原反應(yīng)，使得這種材料在開發(fā)下一代高功率密度、長壽命和高安全性的鋰離子電池方面具有巨大潛力。
然而，盡管Wadsley-Roth結(jié)構(gòu)鈮基氧化物具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但其電化學(xué)動力學(xué)性能仍有待進(jìn)一步提升。因此，科研工作者們不斷探索新的策略，以優(yōu)化其晶體結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能。
近日，陜西科技大學(xué)材料學(xué)院低維材料與光/電化學(xué)技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)景盼盼副教授、美國佐治亞理工學(xué)院劉美林教授、華南理工大學(xué)趙伯特教授、臺師大王禎翰教授的聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)在高功率快充鋰離子電池領(lǐng)域取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表在Energy & Environmental Science上。該研究提出了利用多價態(tài)陽離子驅(qū)動剪切晶體結(jié)構(gòu)調(diào)控的新策略，以顯著提升Wadsley-Roth鈮基氧化物的大功率儲鋰性能。
具體而言，研究團(tuán)隊(duì)通過低價態(tài)Ti4+抑制部分WO4四面體的形成，并利用高價態(tài)W6+促進(jìn)大尺度Block的形成，進(jìn)而對Block邊界的局域電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)調(diào)控。這一策略不僅成功研制出了具有超高倍率和優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性的新型剪切相三元金屬TiNbWO負(fù)極材料，還顯著提升了其在大電流密度下的儲鋰能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該材料在15 A/g的電流密度下比容量達(dá)到了103.7 mAh/g，并且在5 A/g的電流密度下循環(huán)4900次后，容量保持率仍高達(dá)80%。
這一研究成果不僅為Wadsley-Roth材料體系的研究開辟了新的方向，也為高功率快充鋰離子電池的發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐。隨著電動汽車市場的不斷擴(kuò)大和軍事領(lǐng)域?qū)Ω咝阅軆δ茉O(shè)備的需求增加，具有優(yōu)異電化學(xué)性能的Wadsley-Roth結(jié)構(gòu)鈮基氧化物負(fù)極材料有望在未來得到廣泛應(yīng)用。
此外，該研究還展示了多價態(tài)陽離子調(diào)控策略的廣泛適用性，為其他類型鋰離子電池材料的優(yōu)化提供了新思路。未來，科研工作者們將繼續(xù)探索更多創(chuàng)新的調(diào)控策略，以進(jìn)一步提升鋰離子電池的綜合性能，推動可再生能源和電動汽車技術(shù)的快速發(fā)展。
相關(guān)研究成果Tailoring the Wadsley-Roth Crystallographic Shear Structures for High-Power Lithium-ion Batteries于近日發(fā)表在國際期刊Energy & Environmental Science上。
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