| 查看: 3285 | 回复: 6 | ||||||||
0809293木虫 (著名写手)
|
[交流]
室温钠离子电池新型负极材料研究获进展---发表在《自然—通讯》上已有6人参与
|
|
图1. Li4Ti5O12作为钠离子电池负极材料的充放电曲线（a），循环性能（b），库仑效率（c）和全电池（Na3V2(PO4)3正极/ Li4Ti5O12负极）性能（d）。 图3. Li4Ti5O12嵌钠的三相反应模型（a，b）及嵌锂的两相反应模型（c，d）。 图4. 1.5 mol Na 嵌入1 mol Li4Ti5O12纳米颗粒的高分辨扫描透射电镜成像。（a）尖晶石结构垂直于（110）面的格点排列；（b-d）Li4Ti5O12对应的电镜成像；（e-g）Li7Ti5O12对应的电镜成像；（h-j）Na6LiTi5O12对应的电镜成像；（k）三相共存嵌钠颗粒的环形明场像；（l，m）图k相边界对应的线扫描衬度。 图5. 3 mol Na 嵌入1 mol Li4Ti5O12纳米颗粒的高分辨扫描透射电镜成像。（a）AADF图像；（b）ABF图像；（c）图a相边界对应的线扫描衬度；（d）图b相边界对应的线扫描衬度。 作为电化学储能装置的一种，锂离子电池已广泛用于消费电子类设备如智能手机、笔记本电脑等，并开始应用于电动汽车、规模储能。由于对锂资源的担心，近年来，室温钠离子电池的研究引起了广泛关注。目前，已提出多种可用于室温钠离子电池的正极材料，但负极材料的进展却相对缓慢, 挑战也最大【参见最近综述文章Energy & Environ. Sci. 2013, 6, 2338】。研究较多的负极材料为硬碳，但硬碳具有较低的储钠电位（一半的容量来自接近0 V vs. Na+/Na平台的贡献）和倍率性能，全电池在过充或快速充电过程中容易造成金属钠在负极表面沉积，从而带来安全隐患。 尖晶石结构Li3[LiTi5]O12（Li4Ti5O12）是重要的“零应变”锂离子电池负极材料，嵌锂电位为1.54 V，理论比容量175 mAh/g。一般认为，尖晶石结构晶格中的间隙位较小，不能容纳半径较大的Na+离子，因而具有层状结构的含钠过渡金属氧化物获得广泛关注。2012年，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）的清洁能源实验室固体离子学研究组博士生赵亮、胡勇胜研究员等首次报道了具有尖晶石结构的Li3[LiTi5]O12可用作钠离子电池负极材料【Chin. Phys. B 21, 028201 (2012)】，平均嵌钠电压为0.9 V，比容量为150 mAh/g左右，对应3 mol Na的嵌入和脱出。最近，固体离子学研究组博士生孙洋、赵亮、潘慧霖等进一步研究发现，通过优化电解液、粘结剂和电极结构，可以显著提高Li3[LiTi5]O12的循环性能和库仑效率（图1）。这些实验结果表明，尖晶石结构的Li3[LiTi5]O12也可以可逆地容纳Na+离子嵌入和脱出。借助于第一性原理计算（图2）和原位XRD测试结果，可以推断Na嵌入到Li3[LiTi5]O12的晶格会导致新型的三相反应： 与Li嵌入Li3[LiTi5]O12仅形成单一的Li6[LiTi5]O12（Li7Ti5O12）不同（Li3[LiTi5]O12 + 3Li ↔ Li6[LiTi5]O12），随着Na的嵌入，同时有两个新相Li6[LiTi5]O12与Na6[LiTi5]O12生成。三相分离是热力学有利的，而动力学计算显示钠离子扩散速率要比锂离子慢很多，由此我们可以画出如图3所示的脱嵌钠反应机理。但反应相与两个新相之间如何形成界面结构，不易预测和模拟。 通过与先进材料与结构分析实验室A01组谷林研究员合作，利用先进的球差校正扫描透射电镜(STEM)，对嵌入1.5 mol Na的Li3[LiTi5]O12样品原子级微观结构进行了直接观测（图4）。结果发现产物为有趣的三相共存结构，分别形成Li3[LiTi5]O12/Li6[LiTi5]O12界面以及Li6[LiTi5]O12/Na6[LiTi5]O12界面，初始相Li3[LiTi5]O12与Li6[LiTi5]O12相之间间隔着Li6[LiTi5]O12相，初始相Li3[LiTi5]O12与Na6[LiTi5]O12相不相连。其中Li3[LiTi5]O12/Li6[LiTi5]O12之间晶格失配大约为0.1%，Li6[LiTi5]O12/Na6[LiTi5]O12之间晶格失配率为12.5%, 但两相边界均为尖锐连贯的原子尺度相边界。对于完全嵌Na（3mol）的样品（图5），则为Li6[LiTi5]O12与Na6[LiTi5]O12两相共存。之前清洁能源实验室与先进材料实验室通过球差校正电镜技术合作研究发现同为两相反应机制的LiFePO4脱锂后形成LiFePO4与最终相FePO4（初始相与最终相存在6.7%晶格失配）之间间隔形成“二阶(Staging-II)”的界面结构【JACS 133, 4661 (2011); PCCP 14, 5363 (2012)】，而Li4Ti5O12嵌锂后形成Li4Ti5O12/Li7Ti5O12（初始相与最终相存在大约0.1%晶格失配）原子尺度连贯的两相界面【Adv. Mater. 24, 3233 (2012)】。这些研究结果的积累为今后全面理解嵌脱外来原子引起的母体材料新相边界形成及结构演化奠定了初步的基础。 上述工作得到了科技部储能材料研究创新团队、科学院知识创新工程能源项目群方向性项目、科学院百人计划、基金委的大力支持。（来源：科学网http://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/201382613303560430087.shtm） |
回复此楼» 本帖附件资源列表
-
欢迎监督和反馈：小木虫仅提供交流平台，不对该内容负责。
本内容由用户自主发布，如果其内容涉及到知识产权问题，其责任在于用户本人，如对版权有异议，请联系邮箱：xiaomuchong@tal.com - 附件 1 : ncomms2878.pdf
2013-09-03 21:04:01, 3.67 M
» 收录本帖的淘帖专辑推荐
 锂电资源共享 | F/超级电容器/AW | 钠离子电池及先进材料 | 钠离子电池 |
| 在微观世界看材料 |
» 本帖已获得的红花（最新10朵）
» 猜你喜欢
河北大学 材料与化工 硕士调剂
已经有0人回复
-
上海应用技术大学接收调剂研究生，化学，材料，生物，纳米相关
已经有6人回复
-
无机化学论文润色/翻译怎么收费?
已经有275人回复
» 本主题相关商家推荐: (我也要在这里推广)
» 本主题相关价值贴推荐，对您同样有帮助:
- 锂离子电池电极材料的选择——钛酸锂&富锂
已经有22人回复
- 锂离子电池负极材料的首次充放电效率为什么很重要 ？
已经有78人回复
- 锂离子电池负极材料的首次充放电效率为什么很重要 ？
已经有26人回复
- 能谈一谈关于锂离子电池负极材料的发展趋势么
已经有37人回复
- 锂离子电池 负极集流体 铜箔 铜网 都可以吗
已经有14人回复
- 有用第一原理研究锂离子电池负极材料的大虾吗？小女子想请教几个问题
已经有17人回复
- 锂离子电池Si负极材料极片制作方法求助~~~
已经有24人回复
- 锂离子电池负极材料集流体除了铜还有什么可以？
已经有8人回复
- 锂离子电池负极材料（跟踪Goodenough组的研究方向）
已经有34人回复
- 【求助】锂离子电池负极材料测试
已经有4人回复
- 【求助】锂离子电池硅碳负极材料研究进展有哪些
已经有26人回复
- 【讨论】锂离子电池碳负极材料的发展史及趋势
已经有18人回复
- 【交流】【求虫友们交流】：锂离子电池硅作为负极材料的相关问题
已经有19人回复
- 【其他】日立化成工业充实车载锂离子电池用负极材料生产线
已经有5人回复
- 【原创】硅与氮化钛、碳化钛纳米复合材料作为锂离子电池负极材料
已经有10人回复
- 【求助】如何计算锂离子电池负极材料的理论容量？
已经有9人回复
- 【求助】锂离子电池负极材料钛酸锂超过理论容量
已经有40人回复
2楼2013-09-11 15:36:52
送红花一朵
 |
3楼2013-09-11 16:44:16
送红花一朵| 感谢分享！！！ |
4楼2013-09-30 15:45:41
5楼2013-12-19 19:48:10
huanghaijun
金虫 (小有名气)
- 应助: 1 (幼儿园)
- 金币: 1095.9
- 散金: 121
- 红花: 3
- 帖子: 198
- 在线: 119小时
- 虫号: 2737512
- 注册: 2013-10-19
- 性别: GG
- 专业: 电化学
6楼2014-03-08 17:06:44
 |
7楼2014-11-27 13:27:34
