Small: Ti基氧化物用于先进电化学储能器件的综述

钛基氧化物,包括TiO2和M–Ti–O化合物(M = Li,Nb,Na等)系列,具有动力学优势的晶体学结构,如较宽的二维离子扩散通道,开放且稳定的离子存储位置等,有望应用于先进的电化学能源存储系统,如锂离子电池,钠离子电池和混合电容器等。一方面,碱金属离子在钛基氧化物中的高嵌入/脱出电位,能够避免形成锂或钠枝晶,保证电池在实际应用中的安全性。另一方面,较高的工作电位可防止电解质分解,提升离子在电极/电解质界面的快速传输能力,发挥显著的倍率性能。然而,材料本征的低电导率和困难的反应动力学部分限制其在储能器件中的应用。近来,许多研究聚焦于离子扩散动力学理解、材料的形貌调控、表面设计与改性、元素掺杂等方法,以调控钛基氧化物的物理化学特性,提升其电化学储能性能,均取得系统的研究进展。

基于此,哈尔滨工业大学尹鸽平教授团队与加拿大西安大略大学孙学良教授团队合作,详细总结钛基氧化物在先进电化学储能过程中存在的问题,挑战和最新研究进展。论文重点关注钛基氧化物在上述三类电化学储能器件应用的工作原理,比较其关联和区别。此外,本文还展望了钛基氧化物在新型应用体系中的发展方向,从锂离子电池到钠离子电池,并延伸到混合电容器领域。相关论文以“Ti-Based Oxide Anode Materials for Advanced Electrochemical Energy Storage: Lithium/Sodium Ion Batteries and Hybrid Pseudocapacitors”为题,在线发表在Small期刊 (DOI:10.1002/smll.201904740)。

哈工大青年教师娄帅锋是本文第一作者,哈工大尹鸽平教授,杜春雨教授,加拿大西安大略大学孙学良教授为论文通讯作者。