Small:铌基氧化物—-面向电化学储能应用的进展与挑战

电子产品的广泛使用和新能源汽车的兴起,对储能二次电池在倍率、寿命、安全等方面提出了更高要求。锂离子电池目前已经获得了巨大成功,而钠离子电池以其成本优势,在储能领域也具有很大潜力,并开始崭露头角。无论锂电还是钠电,高性能负极材料的探索已成为提升电池性能的核心热点之一。负极材料可大致分为三种:嵌入型、合金型和转化型。对于后两种机理的材料,较大的体积膨胀会严重影响材料的循环稳定性,同时材料的倍率性能有待提升。为了获得高倍率性能和长循环稳定性能,嵌入型负极材料特别是具有诸多本征结构优势的铌基氧化物,成为当前负极材料的研究热点。

近日,中山大学朱昌宝教授,广东工业大学傅焰鹏副教授以及中国科学技术大学余彦教授等人在Small 上发表了题为“Niobium-Based Oxides Toward Advanced Electrochemical Energy Storage: Recent Advances and Challenges”的综述文章。该文章系统讨论了近年来铌基氧化物作为负极材料在锂/钠离子电池和混合型超级电容器等能源器件方面的应用进展及其所面临的机遇挑战。该文章首先概述了嵌入型负极材料的优势,并以Nb2O5为例,阐述了其诸多独特的储能优势,如具有准二维的锂离子存储和迁移通道,本体嵌入锂的过程中位阻较小,具有实现快速脱嵌锂的本征能力。然后重点阐述了近年来Nb2O5及其他铌基氧化物(包括Ti-Nb-O家族和其他M-Nb-O等)在储能应用方面(锂/钠离子电池和混合型超级电容器)的研究进展。最后对铌基氧化物储能材料作了总结和展望,并提出了现阶段铌基氧化物负极材料在科学研究和商业化应用等方面所面临的挑战,作者相信铌基氧化物作为储能电极材料具有巨大的应用潜力。该综述可为后续的相关研究提供一些新思路。相关文章在线发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201804884)上。