阴离子失序岩盐氧化阳极,通过3D透网络实现高速离子储存

科学领域:

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背景情况:

• 伪容量材料为先进的电池和超级电容器提供快速充电储存.
• 目前的伪电容阳极具有高的氧化还原潜力,限制了整体电池电压和能量密度.
• 开发低电位伪电容阳极对于提高储能性能至关重要.

研究的目的:

• 引入一种新的氧化 (DRX-Li$_{x}$TiOF$_{2}$) 作为一种高性能伪电容阳极.
• 研究其电化学特性,特别是其低运行潜力和高速率能力.
• 阐明其伪电容性行为的结构起源及其对储能设备的影响.

主要方法:

• 合成和表征氧化 (DRX-Li$_{x}$TiOF$_{2}$) 的阴离子失序岩盐.
• 电化学测试包括循环电压测量,高速电静电电荷放电和速率能力分析.
• 结构分析以与伪电容性能相关联的障碍和离子迁移途径.

主要成果:

• 在低电位窗口下,DRX-Li$_{x}$TiOF$_{2}$可逆地储存~310 mAh g$^{-1}$的Li$^{+}$,降至0.1 V与Li$^{+}$/Li.
• 该材料表现出超过64.4°C的高速性能,这是由于3D透网络促进了快速Li$^{+}$迁移.
• 缺少相位转换,准矩形CV曲线和倾斜的充/放电配置文件证实了伪容量存储.
• 使用DRX-Li$_{x}$TiOF$_{2}$的离子电容器实现4.0V电池电压,与传统阳极相比,能量和功率密度明显更高.

结论:

• DRX-Li$_{x}$TiOF$_{2}$是一个有前途的低电位伪电容阳极材料,用于高能和快速充电应用.
• 阴离子/离子无序结构是有效储存和运输Li$^{+}$的关键.
• 这种材料比现有的伪电容和电池类型阳极为下一代储能提供了实质性的进步.