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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被廣泛應(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)中。但傳統(tǒng)電池材料在電池能存多少電、充電有多快、反復(fù)充電能使用多久等方面都遇到了難題。針對這些挑戰(zhàn)，我國科學(xué)家聯(lián)合國內(nèi)外多家科研機(jī)構(gòu)通過理論計(jì)算，篩選出一類新型高性能電池材料。

據(jù)悉，天津大學(xué)國家儲能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺吉科猛團(tuán)隊(duì)聯(lián)合上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、巴西圣保羅大學(xué)、廣東以色列理工學(xué)院、美國加州大學(xué)爾灣分校、深圳技術(shù)大學(xué)等國內(nèi)外科研單位，通過理論計(jì)算方法，預(yù)言了一類新型二維拓?fù)涠蚧飭螌硬牧希℉fTiTe4、ZrTiTe4和HfZrTe4）。這類材料在快充性能、循環(huán)穩(wěn)定性、耐熱穩(wěn)定性等方面展現(xiàn)出潛力。

相關(guān)研究成果近日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)科學(xué)》，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。

單層二維三元碲化物優(yōu)化離子傳輸與抑制多硫化物穿梭的工作機(jī)理圖。新華社發(fā)

研究團(tuán)隊(duì)通過計(jì)算模擬發(fā)現(xiàn)，這些材料作為負(fù)極活性材料，其豐富的鋰、鈉離子存儲位點(diǎn)和超快的離子傳輸能力，可顯著提升電池負(fù)極的快充性能；作為硫正極材料載體，有望大幅延長正極循環(huán)壽命并優(yōu)化其快充表現(xiàn)。此外，該新型二維材料用于電池負(fù)極時(shí)的電化學(xué)性能指標(biāo)突出，離子在該材料中移動時(shí)遇到的阻力也較小。

目前常用的鋰硫電池和鈉硫電池還普遍存在“多硫化物會‘亂跑’”的問題，影響電池穩(wěn)定性和充電效率。研究團(tuán)隊(duì)通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，這類新型二維材料表面有特殊的化學(xué)特性和吸附能力，能牢牢“抓住”多硫化物，阻止它們“亂跑”，從而提升電池反復(fù)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(shí)，其耐熱性和動力學(xué)性能依舊表現(xiàn)良好，為電池在高溫工況場景的應(yīng)用，如新能源汽車夏季戶外長時(shí)間行駛、工業(yè)儲能系統(tǒng)高溫環(huán)境運(yùn)行、便攜式電子設(shè)備高功率放電等，提供了關(guān)鍵技術(shù)理論支撐。