مواد مبتنی بر تیتانیومبه دلیل ساختار پایدار، عملکرد چرخه عالی، منابع پوسته فراوان، هزینه کم و غیر سمی بودن، به طور گسترده در زمینه باتری های لیتیوم یون قابل شارژ مورد مطالعه قرار گرفته اند. از آنجایی که مکانیسمهای کار باتریهای یون سدیم و باتریهای لیتیوم یون مشابه هستند، مواد مبتنی بر تیتانیوم نیز به طور گسترده در تحقیقات مواد الکترود باتریهای یون سدیم استفاده شدهاند. علاوه بر این، مواد مبتنی بر تیتانیوم دارای پلت فرم شارژ و ولتاژ تخلیه کمتری در باتریهای یون سدیم هستند که در تحقیقات کاربردی آنها در زمینه الکترود منفی توجه زیادی را به خود جلب کرده است. در حال حاضر، کانون های تحقیقاتی در مواد مبتنی بر تیتانیوم عمدتا بر روی موادی مانند دی اکسید تیتانیوم، تیتانات لیتیوم، تیتانات سدیم و سدیم تیتانیوم فسفات متمرکز شده اند. در سالهای اخیر، کار مرتبط محققان عمدتاً کشف مکانیسم اکسیداسیون/کاهش و بهینهسازی عملکرد الکتروشیمیایی مواد الکترود منفی مبتنی بر تیتانیوم بوده است. این بخش عمدتاً خواص اساسی و ساختارهای کریستالی چندین ماده الکترود منفی مبتنی بر تیتانیوم را معرفی میکند و تحقیقات اصلاح، عملکرد الکتروشیمیایی و مکانیسم ذخیره سدیم مواد را توضیح میدهد.
مواد الکترود منفی Ti02
دی اکسید تیتانیوم به عنوان یک ماده الکترود منفی تعبیه شده معمولی برای باتری های لیتیوم یون به دلیل مزایایی مانند ساختار پایدار، غیر سمی بودن، قیمت پایین و مواد فراوان توجه گسترده ای را به خود جلب کرده است. Ti02 از هشت وجهی Ti06 و Ti{4}} تشکیل شده است. چند شکلی Ti02 مربوط به حالت اتصال هشت وجهی Ti06 است. انواع تحقیقات کنونی عمدتاً شامل انواع آناتاز، روتیل، برنز و بروکیت، ساختار بلوری است. Rutile Ti02 یک سیستم کریستالی چهارضلعی است. اتم Ti در مرکز شبکه و شش اتم اکسیژن در گوشه های هشت وجهی قرار دارند. هر هشت وجهی به ده هشت ضلعی اطراف متصل است که هشت تای آنها گوشه های مشترک و دو لبه مشترک دارند. هر دو مولکول Ti02 یک سلول واحد را تشکیل می دهند. ساختار آناتاز Ti02 نیز یک سیستم کریستالی چهار ضلعی است که در آن هر هشت وجهی به هشت هشت ضلعی اطراف متصل است که چهار تای آنها لبه های مشترک و چهار گوشه مشترک دارند. چهار Ti02 یک سلول واحد را تشکیل می دهند. Brookite TiO2 متعلق به سیستم اورتومبیک است. شش TiO2 یک سلول واحد را تشکیل می دهند و ساختار ناپایدار است. بنابراین، بروکیت TiO2 در طبیعت نسبتا کمیاب است. در میان این فازهای کریستالی، فاز روتیل پایدارترین است. آناتاز و بروکیت TiO2 را می توان از طریق یک واکنش گرمازا برگشت ناپذیر پس از حرارت دادن در دمای بالا به فاز روتیل تبدیل کرد. اگرچه شعاع Na+ بزرگتر از Li+ است، از آنجایی که سد فعالسازی Na که در شبکه آناتاز تعبیه شده است تقریباً مشابه Li است، اکثر نتایج تحقیقات بر روی آناتاز TiO2 متمرکز شدهاند. علاوه بر این، در میان اشکال کریستالی مختلف TiO2، آناتاز طبیعی TiO2 یکی از اولین ساختارهای اصلی برای جاسازی لی است.
با وجود اینکه TiO2 دارای مزایای زیادی مانند قیمت پایین و ساختار پایدار است، اما هنوز در هنگام استفاده در الکترود منفی باتریهای یون سدیم دارای کاستیهای زیادی است. به عنوان مثال، از آنجایی که Ti4+ هیچ الکترون d در TiO2 ندارد، تمام اشکال کریستال TiO2 عایق های الکترونیکی هستند، که عملکرد الکتروشیمیایی TiO2 را در باتری های سدیم-یون بسیار محدود می کند. در عین حال، به دلیل برخی نقصهای خود TiO2، همراه با شعاع بزرگ Na+ و سرعت انتقال کند، عملکرد ذخیرهسازی سدیم آن نیز ایدهآل نیست. بنابراین، بسیاری از مطالعات کنونی در مورد TiO2 بر بهبود هدایت الکترونیکی و هدایت یونی TiO2 از طریق اندازهگیری نانو مواد، اصلاح رابط، دوپینگ یونی، انواع مختلف کامپوزیتهای C و مورفولوژی و بهینهسازی ساختار تمرکز دارند.
TiO2 آمورف به عنوان ماده الکترود منفی در باتری های سدیم یون استفاده می شود. نانولولههای آمورف TiO2 مستقیماً روی فویل تیتانیوم رشد میکنند و ماده بهدستآمده به عنوان الکترود منفی باتریهای یون سدیم استفاده میشود. ظرفیت خاص برگشتپذیر میتواند به 150 mAh·g-1 برسد و باتری عملکرد چرخهای عالی دارد.
برای اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید. متشکرم
نیکول
شرکت: Baoji Jimiyun Dynamic Co., Ltd
کشور: چین
اضافه کردن: جاده بائوتی، جینتای، شهر بائوجی، شانشی، چین
سل:+86 13369210920
Gmail:nicole@jmyunti.com
وب سایت: www.jm-titanium.com
