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天津大學國家儲能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺吉科猛團隊聯(lián)合上海交通大學、巴西圣保羅大學、美國加州大學爾灣分校等國內(nèi)外科研單位，預言了一類新型二維拓撲二硫化物單層材料(HfTiTe4、ZrTiTe4和HfZrTe4)，這些材料在快充性能、循環(huán)穩(wěn)定性、耐熱穩(wěn)定性等方面展現(xiàn)出巨大潛力，為高性能電池技術(shù)發(fā)展提供了重要的科學理論支撐。

近日，相關(guān)研究成果以《用于下一代電池負極和硫正極宿主的超穩(wěn)定單層碲化物拓撲材料》為題在線發(fā)表在期刊《先進科學》(Advanced Science)上。

研究團隊通過計算模擬發(fā)現(xiàn)，這些材料作為負極活性材料，其豐富的鋰、鈉離子存儲位點和超快的離子傳輸能力，可顯著提升電池負極的快充性能。作為硫正極材料載體，它們能有效錨定并催化轉(zhuǎn)化多硫化物中間體，有望大幅延長正極循環(huán)壽命并優(yōu)化其快充表現(xiàn)。

該新型二維材料用于電池負極時的電化學性能指標突出：儲存鋰離子時，理論上每克能存1.60安時的電量；儲存鈉離子時，每克能存1.35安時的電量。同時，離子在該材料中移動時遇到的阻力特別小，離子擴散勢壘分別低至0.206電子伏和0.046電子伏。這些性能遠優(yōu)于現(xiàn)有二維碳材料和磷材料的水平，給高性能電池研發(fā)提供了全新的材料選擇。

據(jù)介紹，目前常用的鋰硫電池和鈉硫電池普遍存在一個問題：多硫化物會“亂跑”，直接影響電池穩(wěn)定性和充電效率。研究團隊通過計算發(fā)現(xiàn)，這類新型二維材料表面有特殊的化學特性和吸附能力，能牢牢“抓住”多硫化物，阻止它們“亂跑”，從而能很好地提升電池反復使用的穩(wěn)定性和充電效率。

此外，該材料在從室溫到約227℃溫度區(qū)間時，其耐熱性和動力學性能依舊表現(xiàn)良好，為電池在高溫工況場景如新能源汽車夏季戶外長時間行駛、工業(yè)儲能系統(tǒng)高溫環(huán)境運行、便攜式電子設備高功率放電等的應用提供了關(guān)鍵技術(shù)理論支撐。 (記者 孫玲玲)