据外媒报道,研究人员通过采用二鹏化钛纳米片作为电池的负极材料,成功实现了锂离子电池的快速充电,并可延长锂离子电池的寿命。
随着电动汽车革命的兴起,人们也在推进锂离子电池技术的研发,以确保此类汽车能够有足够的电力运行。为了确保此类电池技术得到发展,研究必须集中在锂离子电池的两大弱点,即快速充放电技术以及电池寿命。
现在,有一些技术能够帮助克服此类问题,并可实现快速充电以及超长寿命,例如,扩散锂离子,改进电极-电解质界面的特性以及电极的孔隙率。
不过近年来,出现了另一种解决方案以及一种新兴的锂离子电池负极材料——2D纳米材料。此类材料为薄片结构,厚度只有几纳米,具有高纵横比以及高活性位点密度的特点,有助于实现电池的快速充电以及优越的(充放电)循环性能。
2D纳米材料(图片来源:innovationnewsnetwork.com)
研究人员对基于过渡金属二硼化物(TMD)的2D纳米材料特别感兴趣,因为TMD在锂离子存储方面具有高速率以及长期循环稳定性的优点,这一优点源于此类材料由硼和多价过渡金属原子组成了蜂窝状平面。
因此,由日本北陆先端科学技术大学院大学(JAIST)的Noriyoshi Matsumi 教授与印度理工学院(IIT)的Kabeer Jasuja教授领导了一组科学家,进一步分析了TMD用于能量存储的潜力。该团队最近领导了首个关于基于二硼化钛(TiB2)分层纳米片(THNS)作为锂离子电池负极材料的储能潜力的实验研究项目。
为锂离子电池研究打造THNS
研究人员采用过氧化氢氧化TiB2粉末,然后采用离心机分离该溶液,并将溶液冷冻干燥,从而打造出THNS。
然后,该团队用THNS作为活性负极材料,打造了一个阳极锂离子半电池,并研究THNS阳极的电荷存储特性。
研究基于THNS的新型阳极
研究发现,基于THNS的阳极放电容量高达380 mAh/g,电流密度仅为0.025 A/g。在1 A/g的高电流密度下,其放电容量可达174 mAh/g,充满电仅需10分钟,而且1000次充放电循环后容量仍保留89.7%。
该研究团队发现,基于THNS的阳极可以保持高电流速率,约为15至20 A/g,可以实现约9至14秒的超快充电。在高电流速率下完成10000次充放电循环后,容量仍保留80%以上。
该研究结果突出了2D TiB2纳米薄片在促进电池快速充电以及延长锂离子电池寿命方面的潜力。该研究团队还发现,TiB2等纳米尺寸的材料还具有一些其他有发展前景的特性,如赝电容电荷存储、优异的高电流速率性能以及优越的充放电循环性能。