Al3+與密排晶體結(jié)構(gòu)之間的強靜電相互作用，以及傳統(tǒng)陽離子氧化還原正極的單電子轉(zhuǎn)移能力,，使得發(fā)展高性能可充電鋁電池具有挑戰(zhàn)性,。
為了打破多價金屬離子存儲中晶態(tài)正極容量低、可逆性差的問題,，中科院物理研究所索鎏敏,、禹習(xí)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(jié)構(gòu)的優(yōu)點來增強存儲位點和固態(tài)離子擴散,，而且實現(xiàn)了通過引入額外的陰離子氧化還原中心,，來增強多電子的局部轉(zhuǎn)移。
【研究過程】
研究人員采用一種簡單的自上而下高能球磨方法合成了一類未被發(fā)現(xiàn)的富陰離子的非晶態(tài)鈦多硫化物（a-TiSx,，x=2,3,4）（AATPs）,。
在來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(jié)晶顆粒不斷細化變形，形成含有缺陷和位錯的亞穩(wěn)態(tài),，不斷斷裂和復(fù)合形成研磨過程中的新材料,。球磨 48 小時后，原始晶體 TiS2 (c-TiS2) 的典型長程有序晶格邊緣*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(wěn)定性和倍率性能方面表現(xiàn)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）實現(xiàn)了實現(xiàn) 9.1 × 10-2 S/cm 的高電導(dǎo)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(jié)構(gòu)有利于 Al3+ 存儲。
總體而言,，這項研究突出了用于高電荷密度Al3+存儲的非晶態(tài)和富含陰離子的設(shè)計,，并將為開發(fā)高能量密度多價金屬離子電池開辟一條極有前途的途徑。
此篇文章來自中國科學(xué)院物理研究所,，納米離子學(xué)與能源材料實驗室
ZejingLin, et al, Amorphous anion-rich titanium polysulfides for aluminum-ionbatteries, Sci. Adv. 2021,，DOI: 10.1126/sciadv.abg6314
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