《Tungsten》沈工大吴禹翰、哈工大（深圳）慈立杰和李德平团队：用于钾离子电池负极材料的钨基硫属化合物

     2023年10月10日

转载自微信公众号：【钨科学与技术】

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摘要

随着电动汽车的迅猛发展，全球对锂离子电池的需求持续快速增长。然而，地壳中锂矿资源的稀有性和地理分布不均匀性引发人们对锂价格稳定性和可持续供应性的担忧。因此，研究人员不断尝试开发新型电池技术作为锂离子电池的补充，并期望最终实现替代锂离子电池的目的。近年来，钾离子电池凭借与锂离子电池相似的电化学性质和低成本优势而引起研究者们的广泛兴趣。然而，作为一种新型离子电池，相关研究尚不充分，诸多问题尚待解决。其中，开发高性能电极材料是当务之急。钨基硫属化合物（硫化钨、硒化钨、碲化钨）由于独特的层状结构、高理论比容量等优点而被用作诸多电池体系中。因此，它们被期望在钾离子电池中成为一种有前途的负极材料。

鉴于此，沈阳工业大学吴禹翰、哈尔滨工业大学（深圳）慈立杰、李德平等人在《Tungsten》上发表题为“Tungsten chalcogenides as anodes for potassium-ion batteries”的综述性文章。该综述系统地介绍了钨基硫属化合物作为钾离子电池负极的研究进展，并指出可行的性能提升途径和未来研究方向。

图文详情

图1 钨基硫属化合物在钾离子电池中的应用、性能提升策略及未来发展方向

图2 硫化钨在钾离子电池中的应用

硫化钨是最早被研究作钾离子电池负极的钨基硫属化合物。在早期的报道中，它们被认为是通过嵌入型反应来进行钾离子储存，但随后的一些研究指出它们通过转化型反应进行钾离子储存。为提高其循环稳定性和电化学储钾能力，各种各样的工程性策略被采用，如纳米结构化、缺陷化学、掺杂等（图2a, h, j）。

图3 硒化钨在钾离子电池中的应用

硒化钨是通过转化型反应来进行电化学钾储存，相比于硫化钨，其具有更高的导电性，但理论比容量相对较低。硒化钨同样面着体积膨胀、“穿梭效应”等问题，因此，工程性策略同样被广泛采用（图3b、d、e）。

图4 碲化钨在钾离子电池中的应用

目前，关于碲化钨用于钾离子电池负极的研究还十分有限，其电化学存储机制尚不明确、电化学性能还有待提高。

总结与展望

近年来，钾离子电池作为一种新兴的储能技术而受到了广泛的关注，但依然存在诸多问题和挑战。开发高性能的负极材料是其中之一。目前，钨基硫属化合物虽然展现出了良好的电化学储钾潜力，但是相关研究尚显不足，尤其是碲化钨。钨基硫属化合物的应用受限于严重的体积膨胀、迟滞的反应动力学、和“穿梭效应”等。针对这些问题，作者提出碳修饰、形貌设计、工程性策略是可行的解决途径。此外，在其他电池体系中获得的先进经验可以被借鉴并应用到钾离子电池中。最后，作者认为在未来的研究中，应更多钨基硫属化合物的储钾机理、提高电化学性能及抑制中间产物“穿梭效应”和副反应上。

 

引用

Wu, YH., Xia, WH., Liu, YZ. et al. Tungsten chalcogenides as anodes for potassium-ion batteries. Tungsten (2023).

 

全文链接

https://link.springer.com/article/10.1007/s42864-023-00237-x