鉬基鈉離子電池發展

鈉離子電池（SIBs）被認為是可再生能源所需的能源存儲的最有希望的候選者之一，主要難點是尋找合適的陽極材料，而鉬基材料有望解決這一問題。

化石燃料的過度消耗和隨之而來的環境污染，利用可再生能源迫在眉睫。然而，許多可再生能源，如太陽能和風能都是間歇性的，因此，在這些可再生能源系統中整合能量儲存是必不可少的。在各種儲能技術中，目前可用的電化學可充電電池和鈉離子電池是一個重要的解決方案，因為鈉資源幾乎是無限的，而且電化學行為與鋰相似。

目前，SIB的應用關鍵挑戰之一是缺乏令人滿意的陽極材料。與鋰離子相比，鈉離子的半徑較大。同時，Na⁺/Na的標準電極電位高於Li⁺/Li，這降低了全電池的工作電壓和能量。為了實現與鋰技術相媲美的性能，當務之急是探索具有大容量、快速反應動力學和長迴圈壽命的Na陽極材料。

近年來，基於過渡金屬元素的陽極材料引起了極大的關注。特別是以鉬為基礎的材料，由於其獨特的結構和性能優勢，已被視為有前景的電極材料。Mo價格低廉，在地殼中含量豐富。此外，由於具有不同配位數的多種價態，Mo基化合物顯示出豐富的結構化學，具有各種化學計量，如氧化物（MoO₃、MoO₂）、二鈣化物（MoS₂、MoSe₂）和碳化物（Mo₂C、MoC）。

與其他過渡金屬化合物類似，Mo基電極材料也存在難點，如多相轉化、嚴重的電極粉化和緩慢的電子/離子傳輸。在過去的幾年裡，該領域的研究取得了重大進展。因此，來自蘇州大學的研究團隊總結了鉬基化合物在鈉存儲應用中的最新進展，該研究工作能夠為進一步推進Mo材料或其他過渡金屬化合物的發展提供指導。

Mo基材料，如氧化物和硫化物，因為它們的容量比碳質材料大得多，並表現出豐富的Na反應化學特性，因此極具潛力。然而，這些材料正面臨著一些技術問題，如多相轉化、體積膨脹導致的顆粒粉碎，以及鈉化/脫碘過程中的低表面活性。為了解決這些問題，研究發現材料設計是必不可少的。

由於結構和成分的差異，Mo基材料表現出不同的鈉儲存機制。鉬氧化物和黃銅化物通常會發生插入和轉換反應，並伴隨著多相轉換。它們通常表現出較差的可逆性，因為插入的鈉離子不能被完全去除。至於其他鉬材料，它們的（脫）碘反應往往涉及到Na⁺驅動的轉換過程。因此，它們在鈉迴圈時表現出更好的可逆性。

儘管研究正在取得進展，但仍然存在實質性的挑戰，需要作出重大努力。許多鉬基材料通過轉換反應儲存Na⁺離子，這伴隨著大量的體積膨脹和劇烈的結構變化。如何緩解電極的體積變化是全世界公認的一個艱難的課題。在這方面，原子層沉積和分子層沉積為在惡劣條件下穩定電極提供了巨大的機會。同時，全面瞭解鉬材料在鈉存儲時的電子和結構演變仍然是至關重要的。

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