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高功率快充鋰離子電池研究新進展 有望在未來得到廣泛應用
2024年08月19日 13:57:36
來源：化工儀器網 作者：楊 點擊量：9159
該研究提出了利用多價態陽離子驅動剪切晶體結構調控的新策略，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 項目成果】近年來，隨著電動汽車和可再生能源技術的飛速發展，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備之一，其性能的提升對于推動整個行業的發展至關重要。其中，Wadsley-Roth晶體剪切結構鈮基氧化物(Wadsley-Roth crystallographic shear structure niobium-based oxides)作為一種具有潛力的負極材料，因其獨特的三維開放隧道結構和高度的可逆氧化還原對，成為了研究的熱點。
Wadsley-Roth結構鈮基氧化物因其獨特的晶體剪切結構，提供了鋰離子快速擴散的路徑，這對于提高鋰離子電池的功率密度和循環穩定性至關重要。其適中的鋰化電位和可逆的氧化還原反應，使得這種材料在開發下一代高功率密度、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結構鈮基氧化物具有諸多優點，但其電化學動力學性能仍有待進一步提升。因此，科研工作者們不斷探索新的策略，以優化其晶體結構和電化學性能。
近日，陜西科技大學材料學院低維材料與光/電化學技術研究團隊景盼盼副教授、美國佐治亞理工學院劉美林教授、華南理工大學趙伯特教授、臺師大王禎翰教授的聯合科研團隊在高功率快充鋰離子電池領域取得新進展，相關研究成果發表在Energy & Environmental Science上。該研究提出了利用多價態陽離子驅動剪切晶體結構調控的新策略，以顯著提升Wadsley-Roth鈮基氧化物的大功率儲鋰性能。
具體而言，研究團隊通過低價態Ti4+抑制部分WO4四面體的形成，并利用高價態W6+促進大尺度Block的形成，進而對Block邊界的局域電子結構進行精細調控。這一策略不僅成功研制出了具有超高倍率和優異循環穩定性的新型剪切相三元金屬TiNbWO負極材料，還顯著提升了其在大電流密度下的儲鋰能力。實驗結果顯示，該材料在15 A/g的電流密度下比容量達到了103.7 mAh/g，并且在5 A/g的電流密度下循環4900次后，容量保持率仍高達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展提供了有力的技術支撐。隨著電動汽車市場的不斷擴大和軍事領域對高性能儲能設備的需求增加，具有優異電化學性能的Wadsley-Roth結構鈮基氧化物負極材料有望在未來得到廣泛應用。
此外，該研究還展示了多價態陽離子調控策略的廣泛適用性，為其他類型鋰離子電池材料的優化提供了新思路。未來，科研工作者們將繼續探索更多創新的調控策略，以進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的快速發展。
相關研究成果Tailoring the Wadsley-Roth Crystallographic Shear Structures for High-Power Lithium-ion Batteries于近日發表在國際期刊Energy & Environmental Science上。
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