最近，來自中國武漢理工大學(xué)的研究人員們發(fā)現(xiàn)了一種新的陽極材料，有望生產(chǎn)出更好的鋰離子和鈉離子電池。

新型納米片組裝的緊湊型CaV4O9微流體在高質(zhì)量負(fù)載下表現(xiàn)出高的面積容量和循環(huán)穩(wěn)定性

我們需要能量密度越來越高的電池，需要具有更高容量的新型電極材料。最近，科學(xué)家報(bào)告了一系列新的陽極材料，這些陽極材料超過了商業(yè)化的石墨陽極，包括Si，SnO2，F(xiàn)e2O3等。與石墨相比，這些陽極材料具有更高的初始容量。然而，在充電/放電過程中這些高容量電極的大的體積改變是一個新問題，這將導(dǎo)致快速的容量衰減。以前的工作主要集中在設(shè)計(jì)納米結(jié)構(gòu)材料以解決大體積變化問題，但納米材料也有局限性，例如低振實(shí)密度，這對實(shí)際應(yīng)用是不利的。

該論文的第一作者徐曉明說“已確定的新陽極材料CaV4O9微流體已經(jīng)顯示出非常有前景和令人激動的特性”。

研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)這種電極應(yīng)用于鋰離子電池時，CaV4O9微流體陽極的可逆重量容量約為700mAhg-1，約為商用石墨的兩倍。當(dāng)處于4.4mgcm-2的高質(zhì)量負(fù)載時，它可以顯示出~2.5mAhcm-2的高面積容量。更重要的是，它顯示出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。研究人員展示了400次循環(huán)的穩(wěn)定循環(huán)，面積容量超過1.5mAhcm-2。

徐解釋說，“質(zhì)量負(fù)載和面積容量是電極的兩個非常重要的參數(shù)。實(shí)際應(yīng)用需要高質(zhì)量負(fù)載和高面積容量。然而，大多數(shù)之前報(bào)道的關(guān)于高容量陽極的研究僅在非常低的質(zhì)量負(fù)載水平(<1.0mgcm-2)下提供電化學(xué)性能。在這種情況下，獲得的數(shù)據(jù)，如循環(huán)穩(wěn)定性和速率能力看起來非常好，非常有前景，但實(shí)際上低質(zhì)量負(fù)荷和低的低面積容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到實(shí)際應(yīng)用水平，我們在具有高面積容量和高質(zhì)量負(fù)載下的結(jié)果表明，CaV4O9微流體確實(shí)是一種很有前途的新型陽極材料。”

此外，CaV4O9微流體還能夠?qū)a離子儲存在鈉離子電池中，可逆重量容量為~320mAhg-1。在3.65mgcm-2的高質(zhì)量負(fù)載下，面積容量達(dá)到~1.0mAhcm-2。100次循環(huán)后，容量保持率為82%。

CaV4O9的一個重要的特性是體積變化小，研究人員基于非原位TEM和SEM表征證明了這一點(diǎn)。這與大多數(shù)其他高容量陽極不同。即使在高質(zhì)量負(fù)載下也具有小的體積變化的特性也使CaV4O9電極具有良好的穩(wěn)定性。

CaV4O9微流體的另一個優(yōu)點(diǎn)是微米尺寸的致密形態(tài)。與納米材料，尤其是多孔或中空納米材料相比，微米級結(jié)構(gòu)將有效地增加電極的振實(shí)密度并在高質(zhì)量負(fù)載下減小電極的厚度，并且納米片組件保持電極的納米效應(yīng)。這些特點(diǎn)對最終的電化學(xué)性能非常有益。

緊湊型微流體的設(shè)計(jì)還提高了電極的振實(shí)密度，而納米效應(yīng)確保了良好的電化學(xué)性能。這種新型的陽極材料表明CaV4O9或其他堿土金屬釩酸鹽是有希望作為Li/Na離子電池陽極。