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ChemSusChem:钒基电极材料会成为未来金属离子电池的选择吗?2022-06-19
武汉大学陈重学副教授课题组在ChemSusChem期刊上发表了前瞻性综述文章,对钒的全生命周期和钒基电极材料在电池中的应用进行了探讨。文章介绍了钒的资源分布、价格波动和主要应用,总结了钒提取和回收的工艺流程,对一些典型的电极材料的储能机理和应用潜力进行了讨论,最后评估了产业链对环境的影响和可持续性。

开发高性能、低成本的化学电池是当前能源领域的研究热点。金属(非锂)离子电池以其资源无限制和高性价比的特质成为电化学储能系统的有力竞争者。得益于钒的多价态和钒基化合物丰富的化学形态,具有各种开放框架结构的钒基材料相继被用于钠离子/钾离子/镁离子/锌离子电池。然而,钒基电极材料能否成为未来金属离子电池的选择,不仅取决于电极的性能,还受制于材料的可持续性。

鉴于此,武汉大学陈重学副教授课题组基于最新统计数据,分析了钒在地球上的分布情况和近二十年来的价格变化趋势,概述了钒的应用场景,并对钒矿来源、钒提取工艺和废钒回收技术进行了总结。同时,该文章也重点讨论了目前研究较多的钒基电极材料。虽然钒氧化物可以提供较高的比容量,但反应过程中发生的复杂相变、钒的溶解、较低的工作电压和较大的充/放电电压滞后等突出问题限制了它们的进一步应用。钒基聚阴离子型材料具有开放的框架结构,化学稳定高,且磷酸根的诱导效应使得材料具有较高的工作电压,目前Na3V2(PO4)3在钠离子电池中已有商业应用的范例。最后,作者还讨论了钒的环境效应以及各国针对钒开发应用而出台的政策、法规。在该综述中,作者对钒的全产业链进行了深入的讨论和评估,可望为研究者解析钒基电极材料的应用前景和面临的挑战提供更独特和清晰的视野。

文信息

Will vanadium-based electrode materials become the future choice for metal-ion batteries?

Dong Zhao, Chunlei Wang, Yan Ding, Mingyue Ding, Yuliang Cao, and Zhongxue Chen

ChemSusChem

DOI: 10.1002/cssc.202200479