“鎢三角”元素提升三元材料電化學性能
“鎢三角”元素是指元素周期表中釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉬(Mo)、鎢(W)和錸(Re),其中V、Nb、Ta是同一副族元素,Nb、Mo是同一周期元素,Ta、W和Re也是同一周期元素,V、Mo、Re是對角綫元素,所以它們具有共同的性質以及不同元素的獨特性質,廣泛應用于生活的每一個角落。就現代人離不開手的鋰離子電池來說,“鎢三角”元素能大幅升高三元材料的電化學性能,進而使所製備的産品擁有更好的續航性能、更長的使用壽命和更高的安全性等特點。
在化石燃料、煤等不可再生資源逐漸枯竭的時代,鋰電池、鈉電池、燃料電池等新型電池已成爲推動新能源産業發展的壓艙石,廣泛應用于在電力、交通、工業、通信、建築、軍事等領域。更具體地說,現代的新能源汽車、3C電子産品及智能家電等産品大部分是用鋰離子電池作爲能量來源。
根據正極材料的不同,鋰電池可以分爲磷酸鐵鋰、三元鋰、鈷酸鋰和錳酸鋰等,它們各有各的優缺點,不過前兩者更受消費者的青睞。磷酸鐵鋰電池雖然能量密度較低,但是安全性較高和成本較低,使它在汽車補貼縮水的時代脫穎而出;三元鋰電池因有較高的可用容量,而成爲大續航里程汽車的優選動力電池,但是高鎳化三元材料却存在安全性低,循環和倍率性能差等問題。
爲了解决現有三元材料的不足,澳大利亞昆士蘭大學研究者使用了“鎢三角”元素對它進行改性,主要是基于鎢相關元素的氧化物具有較高的價態、較强的離子結合能和較大的離子半徑。研究表明,通過“鎢三角”元素包覆三元材料能提高産品的結構穩定性、熱穩定性和循環性能。不過,鎢相關元素在應用中仍存在一定的問題:一是電極材料對鎢相關元素的含量高度敏感,二是成本控制。
在碳達峰、碳中和的目標下,隨著新興市場對鋰電池需求和性能要求的不斷升高,及儲能技術的日益成熟,“鎢三角”元素有望更早普及,進而帶動鎢、鉬等相關行業的發展。值得一說的是,鎢元素在儲能電池的應用在前幾年就被證實了。在“2018年橫濱人車科技展”上,日本東芝就展示出了一款使用紫色氧化鎢超細粉末生産的負極材料,能使鋰離子電池實現超快速充電。
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