钼基钠离子电池发展

钠离子电池（SIBs）被认为是可再生能源所需的能源存储的最有希望的候选者之一，主要难点是寻找合适的阳极材料，而钼基材料有望解决这一问题。

化石燃料的过度消耗和随之而来的环境污染，利用可再生能源迫在眉睫。然而，许多可再生能源，如太阳能和风能都是间歇性的，因此，在这些可再生能源系统中整合能量储存是必不可少的。在各种储能技术中，目前可用的电化学可充电电池和钠离子电池是一个重要的解决方案，因为钠资源几乎是无限的，而且电化学行为与锂相似。

目前，SIB的应用关键挑战之一是缺乏令人满意的阳极材料。与锂离子相比，钠离子的半径较大。同时，Na⁺/Na的标准电极电位高于Li⁺/Li，这降低了全电池的工作电压和能量。为了实现与锂技术相媲美的性能，当务之急是探索具有大容量、快速反应动力学和长循环寿命的Na阳极材料。

近年来，基于过渡金属元素的阳极材料引起了极大的关注。特别是以钼为基础的材料，由于其独特的结构和性能优势，已被视为有前景的电极材料。Mo价格低廉，在地壳中含量丰富。此外，由于具有不同配位数的多种价态，Mo基化合物显示出丰富的结构化学，具有各种化学计量，如氧化物（MoO₃、MoO₂）、二钙化物（MoS₂、MoSe₂）和碳化物（Mo₂C、MoC）。

与其他过渡金属化合物类似，Mo基电极材料也存在难点，如多相转化、严重的电极粉化和缓慢的电子/离子传输。在过去的几年里，该领域的研究取得了重大进展。因此，来自苏州大学的研究团队总结了钼基化合物在钠存储应用中的最新进展，该研究工作能够为进一步推进Mo材料或其他过渡金属化合物的发展提供指导。

Mo基材料，如氧化物和硫化物，因为它们的容量比碳质材料大得多，并表现出丰富的Na反应化学特性，因此极具潜力。然而，这些材料正面临着一些技术问题，如多相转化、体积膨胀导致的颗粒粉碎，以及钠化/脱碘过程中的低表面活性。为了解决这些问题，研究发现材料设计是必不可少的。

由于结构和成分的差异，Mo基材料表现出不同的钠储存机制。钼氧化物和黄铜化物通常会发生插入和转换反应，并伴随着多相转换。它们通常表现出较差的可逆性，因为插入的钠离子不能被完全去除。至于其他钼材料，它们的（脱）碘反应往往涉及到Na⁺驱动的转换过程。因此，它们在钠循环时表现出更好的可逆性。

尽管研究正在取得进展，但仍然存在实质性的挑战，需要作出重大努力。许多钼基材料通过转换反应储存Na⁺离子，这伴随着大量的体积膨胀和剧烈的结构变化。如何缓解电极的体积变化是全世界公认的一个艰难的课题。在这方面，原子层沉积和分子层沉积为在恶劣条件下稳定电极提供了巨大的机会。同时，全面了解钼材料在钠存储时的电子和结构演变仍然是至关重要的。

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