חומרים על בסיס טיטניוםנחקרו רבות בתחום של סוללות ליתיום-יון נטענות בשל המבנה היציב שלהן, ביצועי מחזור מצוינים, משאבי קרום בשפע, עלות נמוכה ואי-רעילות. מכיוון שמנגנוני העבודה של סוללות נתרן-יון וסוללות ליתיום-יון דומות, נעשה שימוש נרחב גם בחומרים מבוססי טיטניום במחקר של חומרי אלקטרודה של סוללת נתרן-יון. בנוסף, לחומרים מבוססי טיטניום יש פלטפורמת מתח טעינה ופריקה נמוכה יותר בסוללות נתרן-יון, מה שמשך תשומת לב רבה במחקר היישומים שלהם בתחום האלקטרודות השליליות. כיום, מוקדי המחקר בחומרים מבוססי טיטניום מתרכזים בעיקר בחומרים כגון טיטניום דו חמצני, ליתיום טיטנאט, נתרן טיטנאט ונתרן טיטניום פוספט. בשנים האחרונות, עבודתם הרלוונטית של החוקרים הייתה בעיקר לחקור את מנגנון החמצון/הפחתה ואופטימיזציה של ביצועים אלקטרוכימיים של חומרי אלקטרודה שליליים מבוססי טיטניום. סעיף זה מציג בעיקר את המאפיינים הבסיסיים ומבני הגביש של מספר חומרי אלקטרודה שליליים מבוססי טיטניום, ומסביר את מחקר השינוי, הביצועים האלקטרוכימיים ומנגנון אחסון הנתרן של החומרים.
חומר אלקטרודה שלילי Ti02
טיטניום דו חמצני משך תשומת לב נרחבת כחומר אלקטרודה שלילי משובץ טיפוסי לסוללות ליתיום יון בשל יתרונותיו כגון מבנה יציב, חוסר רעילות, מחיר נמוך וחומרים בשפע. Ti02 מורכב מאוקטהדרון Ti06 ו-Ti4+. הפולימורף של Ti02 קשור למצב החיבור של אוקטהדרון Ti06. סוגי המחקר הנוכחיים כוללים בעיקר סוגי אנטאזה, רוטיל, ברונזה וברוקיט, מבנה גבישי. Rutile Ti02 היא מערכת גבישים טטראגונלית. אטום ה-Ti ממוקם במרכז הסריג, וששת אטומי החמצן ממוקמים בפינות האוקטהדרון. כל אוקטדרון מחובר לעשרת האוקטדרונים שמסביב, שמונה מהם חולקים פינות ושני קצוות משותפים. כל שתי מולקולות Ti02 יוצרות תא יחידה. המבנה של anatase Ti02 הוא גם מערכת גבישים טטראגונלית, שבה כל אוקטהדרון מחובר לשמונה האוקטדרונים שמסביב, שארבעה מהם חולקים קצוות וארבע פינות חולקות. ארבעה Ti02s יוצרים תא יחידה. Brookite TiO2 שייך למערכת האורתורומבית. שישה TiO2 יוצרים תא יחידה, והמבנה אינו יציב. לכן, ברוקיט TiO2 נדיר יחסית בטבע. בין שלבי הגביש הללו, השלב הרוטיל הוא היציב ביותר. ניתן להפוך Anatase וברוקיט TiO2 לשלב הרוטיל באמצעות תגובה אקסותרמית בלתי הפיכה לאחר חימום בטמפרטורה גבוהה. למרות שהרדיוס של Na+ גדול מזה של Li+, מאחר שמחסום ההפעלה של Na המוטבע בסריג האנאטאז כמעט זהה לזה של Li, רוב תוצאות המחקר מתרכזות ב-Anatase TiO2. יתר על כן, בין צורות הגביש השונות של TiO2, anatase TiO2 טבעי הוא אחד המבנים העיקריים המוקדמים ביותר להטבעת Li.
למרות של-TiO2 יתרונות רבים כמו מחיר נמוך ומבנה יציב, עדיין יש לו חסרונות רבים בשימוש באלקטרודה השלילית של סוללות נתרן-יון. לדוגמה, מכיוון שלTi4+ אין d אלקטרונים ב-TiO2, כל צורות הגביש TiO2 הן מבודדות אלקטרוניות, מה שמגביל מאוד את הביצועים האלקטרוכימיים של TiO2 בסוללות נתרן-יון. יחד עם זאת, בשל כמה פגמים של TiO2 עצמו, יחד עם הרדיוס הגדול של Na+ וקצב שידור איטי, גם ביצועי אחסון הנתרן שלו אינם אידיאליים. לכן, מחקרים עכשוויים רבים על TiO2 מתמקדים בשיפור המוליכות האלקטרונית והמוליכות היונית של TiO2 באמצעות גודל ננו של חומר, שינוי ממשק, סימום יונים, סוגים שונים של חומרים מרוכבים C ואופטימיזציה של מורפולוגיה ומבנה.
TiO2 אמורפי משמש כחומר האלקטרודה השלילי בסוללות נתרן-יון. ננו-צינורות אמורפיים TiO2 גדלים ישירות על רדיד טיטניום, והחומר המתקבל משמש כאלקטרודה שלילית של סוללות נתרן-יון. הקיבולת הספציפית ההפיכה יכולה להגיע ל-150 mA·h·g-1, ולסוללה יש ביצועי מחזור מצוינים.
צור איתנו קשר למידע נוסף. תודה לך
ניקול
חברה: Baoji Jimiyun Dynamic Co., Ltd
מדינה: סין
הוסף: דרך באוטי, ג'ינטאי, עיר באוג'י, שאאנשי, סין
Cel:+86 13369210920
Gmail:nicole@jmyunti.com
אתר אינטרנט: www.jm-titanium.com
