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科研進展

蘭州化物所可充電水系鋅離子電池研究取得新進展

發表日期:2021-04-06來源:蘭州化學物理研究所放大 縮小

  由于具有成本低、環境友好、安全性高、可快速充電等特性,新型可充電水系鋅離子電池近年來成為電化學儲能領域的研究熱點。然而,高倍率長循環壽命正極材料的缺乏和負極鋅枝晶的形成限制了其進一步的發展。因此,探索高電壓、高容量且結構穩定的正極材料,尋找抑制鋅枝晶生長的策略,以及理解鋅離子儲能過程的電極反應動力學對于推動新型可充電水系鋅離子電池商業化發展至關重要。

圖1. 可充電水系鋅/鈉錳氧化物電池的原理和性能展示

  中國科學院蘭州化學物理研究所低維材料與化學儲能課題組研究人員通過熔融鹽法制備了具有片層狀結構的水鈉錳礦納米片,將其應用于可充電水系鋅離子電池正極。研究發現,這種水鈉錳礦特有的層間鈉離子和層間水可以促進鋅離子的擴散;通過對電極反應過程儲能機制的分析發現,使用含有硫酸鈉添加劑的混合硫酸鋅水系電解液,在電極循環過程中,鈉離子可以在負極形成靜電保護層,緩解了鋅枝晶的形成。同時,在正極表面會形成副產物,減少了正極結構的坍塌,從而實現了高容量、高倍率、穩定循環的可充電水系鋅離子電池的構筑。

  該工作結合原位表征和理論計算主要分析了電極反應過程的儲能機制。相關成果近期發表在《Energy Storage Materials》雜志上(https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.03.019)。

圖2. 多元金屬氧化物用于可充電水系鋅離子電池

  前期,研究組深入研究了水系電解液中溶解的氧對于可充電水系鋅離子電池的影響(iScience 23, 2020, 100995),探索了多元金屬氧化物用于可充電水系鋅離子電池正極材料的可能性(Chinese Chemical Letters 31, 2020, 2358-2364)。

  以上工作得到了國家自然科學基金,蘭州化物所“一三五”項目和廣東肇慶市科學技術局項目的支持。

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