禹習謙研究員采用簡(jiǎn)單的高能球磨方法- 合成富陰離子的非晶態(tài)鈦多硫化物

更新時(shí)間：2021-10-27 閱讀次數：2513

Al³⁺與密排晶體結構之間的強靜電相互作用，以及傳統陽(yáng)離子氧化還原正極的單電子轉移能力，使得發(fā)展高性能可充電鋁電池具有挑戰性。

為了打破多價(jià)金屬離子存儲中晶態(tài)正極容量低、可逆性差的問(wèn)題，中科院物理研究所索鎏敏、禹習謙研究員提出了一種新的非晶化和陰離子富集策略，不僅可以利用非晶態(tài)結構的優(yōu)點(diǎn)來(lái)增強存儲位點(diǎn)和固態(tài)離子擴散，而且實(shí)現了通過(guò)引入額外的陰離子氧化還原中心，來(lái)增強多電子的局部轉移。

【研究過(guò)程】

研究人員采用一種簡(jiǎn)單的自上而下高能球磨方法合成了一類(lèi)未被發(fā)現的富陰離子的非晶態(tài)鈦多硫化物（a-TiSx，x=2,3,4）（AATPs）。

↑ 此圖為FRITSCH制作的實(shí)驗過(guò)程示意圖

在來(lái)自研磨球和罐壁的沖擊、壓縮、摩擦和剪切力的作用下，原始結晶顆粒不斷細化變形，形成含有缺陷和位錯的亞穩態(tài)，不斷斷裂和復合形成研磨過(guò)程中的新材料。球磨 48 小時(shí)后，原始晶體 TiS2 (c-TiS2) 的典型長(cháng)程有序晶格邊緣*消失，取而代之的是直徑為 50 至 200 nm 的非晶態(tài)。 Ti 和 S 元素均勻分布在非晶 TiS3 和 TiS4（a-TiS3 和 a-TiS4）中。

【研究成果】

1）AATPs具有高濃度的缺陷和的陰離子氧化還原中心。其中，α-TiS4在可逆容量、循環(huán)穩定性和倍率性能方面表現出的電化學(xué)性能，可逆容量高達206 mAh/g，可循環(huán)1000次以上。

2）實(shí)現了實(shí)現 9.1 × 10-2 S/cm 的高電導率。

3）a-TiS2 的可逆容量為 48 mAh/g，是 c-TiS2（20 mAh/g）的兩倍多，表明非晶結構有利于 Al3+ 存儲。