研究人员探讨碳化钛MXene正极在锂空气电池中的用途

盖世汽车讯 据外媒报道,巴基斯坦、爱尔兰、沙特阿拉伯和韩国的一组研究人员探讨TiC MXene(碳化钛MXene)正极在锂空气电池中的用途。

(图片来源:ACS)

锂空气电池的能量密度几乎是传统锂离子电池的10倍,约为3457 Wh kg-1。然而,该类电池在空气正极方面存在一些关键的技术挑战。为了提高锂空气电池的性能,需要改进正极性能。

以前,研究人员使用一些领先的替代材料,如碳纳米管、石墨烯、硫族化物和过渡金属氧化物,作为锂空气电池的正极。但是,研究结果远不令人满意。

在这项研究中,研究人员探讨MXene材料的适用性,以将其用作金属空气电池中的关键部件。据悉,迄今MXene正极还未曾成功应用于锂空气电池和其它金属空气电池。

研究人员综合评估TiC MXene作为锂空气电池正极的用途,包括该领域在不同方面的多项进展,比如当前应用和研究、对这些材料和替代候选材料进行比较、材料合成和性质,以及与其他锂空气电池部件(如负极、氧化还原介体、隔板和电解质)的相容性。

在与其他电池组件的兼容性方面,最近的研究取得了一些有希望的结果。然而,在将这些材料投入商用之前,还需要克服一些挑战。例如,利用这些材料作为正极,有助于提高锂空气电池的安全性,以及LiO2和MXene之间的表面一致性,从而减少电池中的放电产物沉积。但是,表面缺陷会提供额外的反应位点。其他研究表明,使用TiC MXene,可以解决锂离子通量和低离子电导率的问题。

使用TiC MXene材料的另一优点是,其在循环过程中具有承受膨胀的能力,从而防止电池失效。对其他材料来说,膨胀现象通常会造成损害。此外,TiC MXene有助于抑制枝晶形成,降低锂离子解离能,提高离子电导率。

近年来,有关合成方法的研究取得了进展,通过优化工艺,可以提高产量和电导率,并改进其他关键材料和工艺要素。然而,目前还没有一种MXene材料可以成为金属空气电池正极研究中的切入点。不同版本的材料属性各异,而且均存在局限性。为了提高这些材料的适用性,需要进行结构调整。

总的来说,虽然当前研究存在一定的挑战,但是使用TiC MXene正极,有望使金属空气电池性能得到明显改善,超过传统的锂离子电池。

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