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科大研發高能量密度Cr2O5正極材料

鉅大LARGE  |  點擊量:562次  |  2022年09月30日  

如何提高鋰離子電池的能量密度一直是鋰離子電池研究的核心內容,特別是正極材料方面,為了提高比能量人們可謂“不擇手段”,因此各種鋰離子電池正極材料也是層出不窮,例如富鋰錳,三元材料等,某些正極材料的比容量已經達到200mAh/g以上,但是這些正極材料往往都存在著循環壽命差和不可逆容量高等問題,因此人們從來沒有停下研發新型高能量密度正極材料的步伐。過渡金屬氧化物,例如NiO、CoO、CuO等材料,具有超高的比容量(高于500mAh/g)因此吸引了廣泛的關注,但是這些材料的對鋰工作電壓往往低于1.0V,因此只能用作負極材料,限制了其在鋰離子電池上的應用。但是最新的研究發現,一些高價態的過渡族金屬氧化物,例如VO2、V2O5和MoO3等,對鋰電壓可以達到2.0V以上,因此十分具有潛力應用于鋰離子電池領域。中國科學技術大學的Xu-YongFeng等人基于上述研究,對高價過渡金屬氧化物Cr2O5材料進行了研究,實驗中以Cr2O3為原材料,在空氣氣氛下分別在350℃、375℃和400℃下煅燒2小時,然后研磨后就可獲得Cr2O5材料。


研究表明該材料的性能與焙燒溫度有密切的關系,隨著焙燒溫度的提高,材料的容量降低,但是循環性能得到了顯著的提升,在400℃下獲得的材料循環性能最佳,循環100次容量保持率可達96%,但容量稍低,為220mAh/g左右,而350℃下獲得的材料容量最高,可達275mAh/g,該材料的最大能量密度可以達到819Wh/kg,這要高于LiCoO2材料的550Wh/kg。循環伏安掃描顯示材料的放電電壓平臺在3.17V左右。


Cr2O5材料的能量轉化效率為83%,這要遠高于CoO(54.6%)、RuO2(54.9%),具有很好的應用前景。Cr2O5材料比容量超過200mAh/g,工作電壓高于3V,原材料成本低廉,能量密度高,合成工藝十分簡單,因此在儲能領域具有廣闊的應用前景。

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