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因其卓越的性能而被廣泛應用于便攜式電子設(shè)備、電動汽車和大規(guī)模儲能系統(tǒng)。但是，傳統(tǒng)電池材料在電池能存多少電、充電有多快、反復充電能使用多久等方面都遇到了難題。針對這些挑戰(zhàn)，天津大學國家儲能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺吉科猛團隊聯(lián)合上海交通大學、浙江大學、巴西圣保羅大學、廣東以色列理工學院、美國加州大學爾灣分校、深圳技術(shù)大學等國內(nèi)外科研單位，通過先進的理論計算方法，預言了一類新型二維拓撲二硫化物單層材料（HfTiTe4、ZrTiTe4和HfZrTe4），這些材料在快充性能、循環(huán)穩(wěn)定性、耐熱穩(wěn)定性等方面展現(xiàn)出巨大潛力。

　　研究團隊通過計算模擬發(fā)現(xiàn)，這些材料作為負極活性材料，其豐富的鋰、鈉離子存儲位點和超快的離子傳輸能力，可顯著提升電池負極的快充性能。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)。

　　該新型二維材料用于電池負極時的電化學性能指標突出：儲存鋰離子時，理論上每克能存1.60安時的電量；儲存鈉離子時，每克能存1.35安時的電量。同時，離子在該材料中移動時遇到的阻力特別小，離子擴散勢壘分別低至0.206電子伏和0.046電子伏。這些性能遠優(yōu)于現(xiàn)有二維碳材料和磷材料的水平，給高性能電池研發(fā)提供了全新的材料選擇。

　　目前常用的鋰硫電池和鈉硫電池普遍存在一個問題：多硫化物會“亂跑”，直接影響電池穩(wěn)定性和充電效率。研究團隊通過計算發(fā)現(xiàn)，這類新型二維材料表面有特殊的化學特性和吸附能力，能牢牢“抓住”多硫化物，阻止它們“亂跑”，從而能很好地提升電池反復使用的穩(wěn)定性和充電效率。此外，該材料在從室溫到約227℃溫度區(qū)間時，其耐熱性和動力學性能依舊表現(xiàn)良好，為電池在高溫工況場景如新能源汽車夏季戶外長時間行駛、工業(yè)儲能系統(tǒng)高溫環(huán)境運行、便攜式電子設(shè)備高功率放電等的應用提供了關(guān)鍵技術(shù)理論支撐。

來源： 津云