钠离子电池Mxene基电极材料的研究文献综述

 2021-11-01 21:09:04

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研究背景当前,制约科技发展的一大重要因素是能源领域的发展,如何寻找一种简单易得,高效安全的储能材料来满足大规模储能设备快速增长的需求是目前的燃眉之急。

目前市面上使用最广泛的二次储能电池是锂离子电池,但经过几十年的开发利用,天然锂金属的消耗量日益增多,资源循环利用已成为一个比较严重的问题,寻找其替代品这一课题已经被提上了日程。

[1] 钠离子电池的应用前景与不足之处钠离子和锂离子同属于碱金属离子,二者在化学性能方面有着较高的相似性,对应的两种电池也有着相似的反应机理。

除此之外,自然界中钠元素储备远比锂元素,这意味着钠的获取成本和获取难度都会比锂低很多,[2] 而且在环境保护方面钠离子电池也优于锂离子电池,出于这些考虑,钠离子已成为锂离子电池替代品的备选方案之一,目前也已经有一部分钠离子电池进入了市场应用阶段。

然而,由于钠离子的本征半径(1.02A)与锂离子的本征半径(0.76A)差距较大,相较于锂离子电池而言,钠离子电池在电荷传导及其他一些电化学性能方面表现出较大的劣势。

在活性阳离子的嵌入/脱嵌过程中,将会发生更加严重的体积膨胀。

[3] 另外,钠离子电池中的钠会与水产生剧烈反应,在生产过程中,以及日常生活中,都会留下巨大的安全隐患。

针对这些问题,我们可以通过在钠离子电池中使用NiCo2O4/MXene复合材料作为负极来进行改良。

NiCo2O4和MXene的简介NiCo2O4是一种双过渡金属氧化物,这类材料的通常具有极高的理论比容量,但导电性能比较一般。

Ni可以为该材料整体带来极高的理论比容量,但它的稳定性较差,[4] 而Co的加入虽然在一定程度上降低了整体的理论比容量,但也为材料的稳定性提供了保障。

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