在能源存儲(chǔ)技術(shù)快速發(fā)展的今天，鋰離子電池和鈉離子電池因其卓越的性能而被廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車和大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)。但是，傳統(tǒng)電池材料在電池能存多少電、充電有多快、反復(fù)充電能使用多久等方面都遇到了難題。針對(duì)這些挑戰(zhàn)，天津大學(xué)國(guó)家儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái)吉科猛團(tuán)隊(duì)聯(lián)合上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、巴西圣保羅大學(xué)、廣東以色列理工學(xué)院、美國(guó)加州大學(xué)爾灣分校、深圳技術(shù)大學(xué)等國(guó)內(nèi)外科研單位，通過先進(jìn)的理論計(jì)算方法，預(yù)言了一類新型二維拓?fù)涠蚧飭螌硬牧希℉fTiTe4、ZrTiTe4和HfZrTe4），這些材料在快充性能、循環(huán)穩(wěn)定性、耐熱穩(wěn)定性等方面展現(xiàn)出巨大潛力。

　　研究團(tuán)隊(duì)通過計(jì)算模擬發(fā)現(xiàn)，這些材料作為負(fù)極活性材料，其豐富的鋰、鈉離子存儲(chǔ)位點(diǎn)和超快的離子傳輸能力，可顯著提升電池負(fù)極的快充性能。作為硫正極材料載體，它們能有效錨定并催化轉(zhuǎn)化多硫化物中間體，有望大幅延長(zhǎng)正極循環(huán)壽命并優(yōu)化其快充表現(xiàn)。

　　該新型二維材料用于電池負(fù)極時(shí)的電化學(xué)性能指標(biāo)突出：儲(chǔ)存鋰離子時(shí)，理論上每克能存1.60安時(shí)的電量；儲(chǔ)存鈉離子時(shí)，每克能存1.35安時(shí)的電量。同時(shí)，離子在該材料中移動(dòng)時(shí)遇到的阻力特別小，離子擴(kuò)散勢(shì)壘分別低至0.206電子伏和0.046電子伏。這些性能遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有二維碳材料和磷材料的水平，給高性能電池研發(fā)提供了全新的材料選擇。

　　目前常用的鋰硫電池和鈉硫電池普遍存在一個(gè)問題：多硫化物會(huì)“亂跑”，直接影響電池穩(wěn)定性和充電效率。研究團(tuán)隊(duì)通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，這類新型二維材料表面有特殊的化學(xué)特性和吸附能力，能牢牢“抓住”多硫化物，阻止它們“亂跑”，從而能很好地提升電池反復(fù)使用的穩(wěn)定性和充電效率。此外，該材料在從室溫到約227℃溫度區(qū)間時(shí)，其耐熱性和動(dòng)力學(xué)性能依舊表現(xiàn)良好，為電池在高溫工況場(chǎng)景如新能源汽車夏季戶外長(zhǎng)時(shí)間行駛、工業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng)高溫環(huán)境運(yùn)行、便攜式電子設(shè)備高功率放電等的應(yīng)用提供了關(guān)鍵技術(shù)理論支撐。

來源： 津云