티타늄 기반 소재안정적인 구조, 우수한 사이클 성능, 풍부한 지각 자원, 저렴한 비용 및 무독성으로 인해 충전식 리튬 이온 배터리 분야에서 널리 연구되었습니다. 나트륨 이온 배터리와 리튬 이온 배터리의 작동 메커니즘이 유사하기 때문에 티타늄 기반 재료는 나트륨 이온 배터리 전극 재료 연구에도 널리 사용되었습니다. 또한, 티타늄 기반 소재는 나트륨 이온 배터리에서 더 낮은 충방전 전압 플랫폼을 갖고 있어 음극 분야의 응용 연구에서 많은 주목을 받고 있습니다. 현재 티타늄 기반 재료의 연구 핫스팟은 주로 이산화티타늄, 티탄산리튬, 티탄산나트륨, 인산티타늄나트륨과 같은 재료에 집중되어 있습니다. 최근 몇 년 동안 연구자들의 관련 작업은 주로 티타늄 기반 음극 재료의 산화/환원 메커니즘과 전기화학적 성능의 최적화를 탐구하는 것이었습니다. 이 섹션에서는 주로 여러 티타늄 기반 음극 재료의 기본 특성과 결정 구조를 소개하고 재료의 변형 연구, 전기화학적 성능 및 나트륨 저장 메커니즘에 대해 설명합니다.
TiO2 음극 재료
이산화티타늄은 안정적인 구조, 무독성, 저렴한 가격, 풍부한 소재 등의 장점으로 인해 리튬이온 배터리의 대표적인 내장형 음극 소재로 널리 주목받고 있다. Ti02는 Ti06 팔면체와 Ti4+로 구성됩니다. TiO2의 다형체는 TiO6 팔면체의 연결 모드와 관련이 있습니다. 현재 연구 유형에는 주로 아나타제, 금홍석, 청동 및 브루카이트 유형, 결정 구조가 포함됩니다. 금홍석 TiO2는 정방정계 결정계입니다. Ti 원자는 격자 중앙에 위치하며, 6개의 산소 원자는 팔면체 모서리에 위치합니다. 각 팔면체는 주변의 10개의 팔면체와 연결되어 있으며, 그 중 8개는 모서리를 공유하고 2개는 모서리를 공유합니다. 두 개의 TiO2 분자마다 단위 셀을 형성합니다. 아나타제 TiO2의 구조는 또한 정방정계 결정 시스템으로, 각 팔면체가 주변의 8개 팔면체에 연결되어 있으며, 그 중 4개는 모서리를 공유하고 4개는 모서리를 공유합니다. 4개의 TiO2가 단위 셀을 형성합니다. Brookite TiO2는 사방정계에 속합니다. 6개의 TiO2가 단위 셀을 형성하며 구조가 불안정합니다. 따라서 브루카이트 TiO2는 자연계에서는 상대적으로 희귀합니다. 이러한 결정상 중에서 루틸상이 가장 안정적입니다. 아나타제와 브루카이트 TiO2는 고온 가열 후 비가역적인 발열 반응을 통해 금홍석 상으로 변형될 수 있습니다. Na+의 반경은 Li+의 반경보다 크지만, 아나타제 격자에 내장된 Na의 활성화 장벽은 Li의 활성화 장벽과 거의 동일하므로 대부분의 연구 결과는 아나타제 TiO2를 중심으로 이루어집니다. 더욱이, TiO2의 다양한 결정 형태 중에서 천연 아나타제 TiO2는 Li 포매를 위한 최초의 주요 구조 중 하나입니다.
TiO2는 가격이 저렴하고 구조가 안정적이라는 장점이 있지만, 나트륨이온전지의 음극에 사용하면 여전히 단점이 많다. 예를 들어, Ti4+에는 TiO2에 d 전자가 없기 때문에 모든 TiO2 결정 형태는 전자 절연체이며 이는 나트륨 이온 배터리에서 TiO2의 전기화학적 성능을 크게 제한합니다. 동시에 TiO2 자체의 일부 결함과 Na+의 큰 반경 및 느린 전송 속도로 인해 나트륨 저장 성능도 이상적이지 않습니다. 따라서 TiO2에 대한 현재의 많은 연구는 재료 나노 크기 조정, 인터페이스 수정, 이온 도핑, 다양한 유형의 C 복합재 및 형태 및 구조 최적화를 통해 TiO2의 전자 전도도 및 이온 전도도를 향상시키는 데 중점을 두고 있습니다.
비정질 TiO2는 나트륨 이온 배터리의 음극 재료로 사용됩니다. 비정질 TiO2 나노튜브를 티타늄 호일 위에 직접 성장시키고, 이를 통해 얻은 물질을 나트륨 이온 배터리의 음극으로 사용합니다. 가역 비용량은 150mA·h·g-1에 도달할 수 있으며 배터리의 사이클 성능이 뛰어납니다.
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