非晶硫化钼助力钠离子电池发展

非晶硫化钼是一种由过渡金属钼和非金属硫元素共同组成的化合物,其外观呈棕黑色固体粉末,具有独特的物理化学性质,所以广泛应用于钠离子电池电极材料中。与普通的同类电池相比,含有非晶钼硫化物材料的钠电池拥有更大的理论比容量、更快的充电速度和更高的安全性等优势,因而更符合未来的发展需求。

非晶硫化钼助力钠离子电池发展图片

在新能源汽车、消费电子产品、5G通讯、智能家电、新老基建等新兴产业和传统产业高速发展的背景下,储能电池需求极为强劲。据业内人士预测,到2030年全球电池储能市场的复合年增长率或达到23%;年市场收入从2020年的20亿美元增加到2030年的约160亿美元。其中,预计到2030年,亚洲地区和北美地区将成为主要增长点,将分别占电网电池储能总容量的46.2%和32.4%。

从目前的市面上来看,储能电池主要是铅酸电池和锂离子电池。铅酸电池由于续航性能一般和对生态环境污染较严重的原因,逐渐被锂离子电池所取代。但是,随着市场对锂电池需求的不断增加,锂资源逐步减少甚至出现供不应求的局面,进而促使锂价升高,增加电池成本,压缩下游生产企业利润空间。

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因此,为了缓解锂资源供应紧张的局面及降低电池生产成本,研究者开发了非锂基金属离子电池如钠电池、钾电池和锌电池等,它们的电极材料大多是结晶材料。然而,结晶材料却存在以下几个问题:一是离子嵌入/脱出动力学慢;二是晶体易出现粉化的情况,进而导致电池容量严重衰减。

得益于非晶材料的出现,非锂基金属离子电池有望进一步发展。非晶材料又称为无定形或玻璃态材料,与结晶材料相比具有更多的活性位点、更快的动力学及更好的结构稳定性,这使得它能容纳更多的非锂基离子。

据中钨在线了解,目前中国科学技术大学研究者已通过各向同性生长法构筑了非晶硫化钼-石墨烯二维异质结构,并将其应用于储钠体系中。研究表明,非晶硫化钼二维异质结构在储能过程中具有更快的反应动力学,因为在储钠过程中有较多的离子迁移数和较低的储钠反应活化能,且与电解液有较好的浸润性。此外,该异质结构还有优异的倍率稳定性,这得益于其在储钠过程中可忽略的各向同性体积膨胀和超快的电化学动力学。

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总的来说,含有非晶硫化钼材料的钠离子电池的续航性能、循环性能和倍率性能等特点都较为卓越,因而更有助于钠电池在实际生活中得到普及。

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