钠离子电池负极材料新选择—非晶红磷

红磷(图片来源:WIKIPEDIA)

二次锂离子电池虽已在消费电子市场占据主导地位,但锂的储量在地壳中仅占0.002%左右,是一种稀有金属,且大多分布于政局不稳的南美等地,价格波动较大。锂离子电池所面临的资源和价格瓶颈将限制其在未来电动汽车等大规模储能领域的应用。

相比较而言,钠在地壳中有丰富的储量,约占2.74 %,为第六丰富元素,且分布广泛,其价格仅为锂的20分之1。钠离子电池已被公认为是替代锂离子电池的首选,近年来受到广泛的关注。然而,虽然钠离子电池与锂离子电池电化学过程相似,但由于钠离子比锂离子半径约大30%,因此很难找到与之相匹配的电极材料。研究者们虽然探索了多种具有潜在可能性的钠离子电池负极材料,如硬碳、二氧化锡、锑及磷酸盐类化合物,但其容量及循环性能等仍不能令人满意。

红磷,理论比容量达2596 mA h/g,一直被认为是很有研究价值的锂离子电池负极材料,但未见将其用作钠离子电池负极材料的报道。最近,武汉大学杨汉西教授课题组报道了<a title="High Capacity mobile casino and Rate Capability casino online of Amorphous online casino Phosphorus for Sodium online casino Ion Batteries” href=”http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201209689/pdf” target=”_blank”>一种非晶红磷与碳的复合物作为钠离子电池负极材料,这种材料表现出超高的比容量(1764 mA h/g)及优越的倍率性能。

研究人员通过高能球磨法,使红磷直接均匀的分散到多孔碳中,并且球磨后红磷由晶体转变为非晶体,这种复合和转变不仅为电子的传输提供了有效的路径,改善了复合物的导电性,而且也有利于充放电过程中钠离子的嵌入/脱嵌。该材料用作钠离子电池负极时,首次放电容量高达2015mA h/g,首次库伦效率为87%,在250 mA/g的电流密度下可稳定循环超过100圈,且当电流密度增至4000 mA/g时,过电位仅为100 mV,如此优异的电化学性能在钠离子电池中尚未见报道。考虑到红磷是储量丰富及环境友好型材料,作为钠离子电池负极材料的新选择,将促进下一代低成本和高性能的钠离子电池的研究和开发。

张 新波 About 张 新波

研究员,博士生导师,中科院“百人计划”入选者;任职于中国科学院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室;所在课题组主要从事清洁能源材料和高能化学电源等高效储能基础和应用研究。

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