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記者11月5日從天津大學(xué)獲悉，該校國家儲能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺吉科猛-易默德研究團隊聯(lián)合上海交通大學(xué)等國內(nèi)外科研單位，通過先進的理論計算方法，預(yù)言了一類新型二維拓撲二硫化物單層材料（HfTiTe4、ZrTiTe4和HfZrTe4），為高性能電池技術(shù)發(fā)展提供了重要的科學(xué)理論支撐。相關(guān)研究成果已在線發(fā)表在《先進科學(xué)》上。
據(jù)了解，在能源存儲技術(shù)快速發(fā)展的今天，鋰離子電池和鈉離子電池雖已廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、電動汽車和大規(guī)模儲能系統(tǒng)，但傳統(tǒng)電池材料在儲電量、充電速度和循環(huán)壽命等方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)。
研究團隊通過計算模擬發(fā)現(xiàn)，這類新型二維材料作為負極活性材料，具備豐富的鋰、鈉離子存儲位點和超快的離子傳輸能力，可顯著提升電池的快充性能。同時，作為硫正極材料載體，它們能有效錨定并催化轉(zhuǎn)化多硫化物中間體，有望大幅延長正極循環(huán)壽命并優(yōu)化其快充表現(xiàn)。
“具體而言，該材料用于電池負極時，儲存鋰離子的理論容量達每克1.60安時，儲存鈉離子時為每克1.35安時。”吉科猛進一步解釋，離子在材料中遷移的阻力很小，擴散勢壘分別低至0.206電子伏和0.046電子伏，這些性能優(yōu)于現(xiàn)有多種二維材料，為電池研發(fā)提供了新的可能。
目前常用的鋰硫電池和鈉硫電池中，多硫化物容易在充放電過程中發(fā)生遷移，影響電池穩(wěn)定性和效率。研究團隊通過理論計算發(fā)現(xiàn)，這類新型二維材料表面具有特殊的化學(xué)特性和吸附能力，能夠有效固定多硫化物，抑制其“穿梭效應(yīng)”，從而提升電池的循環(huán)穩(wěn)定性與充電效率。
此外，該材料在從室溫到約227℃的寬溫度范圍內(nèi)，仍能保持良好的熱穩(wěn)定性和動力學(xué)性能，為新能源汽車高溫環(huán)境下運行、工業(yè)儲能系統(tǒng)在高溫工況下的應(yīng)用以及便攜設(shè)備高功率放電等場景，提供了關(guān)鍵的理論依據(jù)。
