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KAIST提出以硫化銅爲電極材料 助推鈉離子電池商業化

2019年08月10日 10:24:52 銅雲匯

鋰離子電池(LIBs)自面市以來,已被廣泛應用於各種電化學儲能應用,包括移動設備、電動汽車和儲能系統(Ess),是最受歡迎的可充電電池類型之一。但是,隨着需求的增加,其價格在過去幾年也有所上漲。 由於鈉的天然儲量高、成本低,而且化學性質與鋰相似,因此,鈉離子電池(SIBs)有望成爲鋰離子電池的替代品。人們對SIB電池越來越感興趣,但是,由於缺乏合適的電極材料,SIB電池的商業化還遠末實現。

據外媒報道,韓國高級科學技術研究院(KAIST)的研究人員提出新策略,以硫化銅爲電極材料,延長鈉離子電池可循環性。使用這種材料,可以促進SIB電池的高性能轉換反應,並有望實現SIB電池的商業化。

Jong Min Yuk教授領導的團隊證實了利用硫化銅穩定鈉儲存機制。硫化銅是一種優良的電極材料,因其獨特的耐粉碎轉化反應機理,具有高容量、高速率和長周期循環能力,從而促進容量恢復。研究結果表明,使用硫化銅時,鈉離子電池每天充電一次,使用壽命可達5年以上。而且,硫化銅含有豐富的銅和硫等天然材料,比鋰離子電池具有更好的成本競爭力,鋰離子電池使用的是鋰和鈷。

鋰離子電池採用石墨等插層材料作爲負極,由於插層間距不足,這些材料無法大量存儲鈉。因此,人們開始探索轉化和合金化反應型材料,以滿足負極部分的高容量需求。然而,與插入反應不同,在轉化和合金化反應中,材料的體積膨脹通常較大,而且晶體會突然發生變化,進而破壞活性物質,導致容量嚴重退化。

研究團隊發現,在轉化反應中,對於實現耐粉碎轉化反應和容量恢復,半共格相界面(semi-coherent phase interface)和晶界起到關鍵作用。硫化銅通過漸進性的晶體變化,生成半共格相界面,最終阻止顆粒的粉碎。基於這一獨特的機理,研究人員證實,無論大小和形態如何,硫化銅都具有高容量和高循環穩定性。Yuk教授表示:“使用硫化銅,可以促進鈉離子電池的發展,有助於開發低成本儲能系統,並解決微塵問題。”

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