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超快充水系鋅離子電池研究新突破
2024年06月17日 11:03:48
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：8147
武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院麥立強教授團(tuán)隊與合作者提出了一種基于鋅離子介導(dǎo)催化作用實現(xiàn)超快充電池的新機制，研制出超高功率、本質(zhì)安全的水系鋅離子電池，這為下一代超快充電池開發(fā)應(yīng)用提供了新的理論基礎(chǔ)和技術(shù)路徑。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】隨著全球?qū)稍偕茉葱枨蟮娜找嬖鲩L，開發(fā)高性能、低成本、環(huán)境友好的儲能技術(shù)成為科技領(lǐng)域的迫切任務(wù)。水系鋅離子電池作為鋰離子電池的重要替代品，憑借其資源豐富、成本低廉、安全性高等優(yōu)勢，近年來受到科研界的廣泛關(guān)注。然而，如何提高其充電速度并保持電池穩(wěn)定性，一直是制約其商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵難題。
近日，我國在超快充水系鋅離子電池領(lǐng)域取得了重大研究進(jìn)展——武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院麥立強教授團(tuán)隊與合作者提出了一種基于鋅離子介導(dǎo)催化作用實現(xiàn)超快充電池的新機制，研制出超高功率、本質(zhì)安全的水系鋅離子電池，這為下一代超快充電池開發(fā)應(yīng)用提供了新的理論基礎(chǔ)和技術(shù)路徑。
據(jù)了解，這項研究成果已經(jīng)發(fā)表在國際頂級期刊《自然·催化》上，標(biāo)志著武漢理工大學(xué)在新能源材料與器件研究領(lǐng)域的又一次重大貢獻(xiàn)。麥立強教授團(tuán)隊與新西蘭奧克蘭大學(xué)、美國阿貢國家實驗室以及浙江大學(xué)的合作研究者共同完成了這一創(chuàng)新性的研究。
水系鋅離子電池，作為一種以水作為電解液的新型儲能技術(shù)，具有安全、快充、成本低廉和環(huán)境友好等顯著優(yōu)勢。然而，傳統(tǒng)離子穿梭模型反應(yīng)速率受限于菲克第二定律的極限，難以實現(xiàn)倍率性能的突破，這一直是制約水系鋅離子電池進(jìn)一步發(fā)展的國際難題。
麥立強教授團(tuán)隊針對這一難題，創(chuàng)新性提出了離子介導(dǎo)催化存儲理論。他們發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)控電極材料和電解液中的陽離子對溶劑鞘層水的吸附，可以顯著影響水裂解的反應(yīng)速率和產(chǎn)物，從而實現(xiàn)了遠(yuǎn)超傳統(tǒng)電池反應(yīng)速率的快充性能。這一發(fā)現(xiàn)不僅合理解釋了水系鋅離子電池的快充性能反常，也為未來電池技術(shù)的創(chuàng)新提供了新的思路。
基于這一新機制，麥立強教授團(tuán)隊通過三維多孔石墨烯氣凝膠限域氮化釩納米簇的設(shè)計，成功實現(xiàn)了催化模型預(yù)測的超快充和超高倍率性能。在實驗中，該水系鋅離子電池在300A/g的高電流密度下，電池比容量達(dá)到了577.1mAh/g，這一性能表現(xiàn)遠(yuǎn)超傳統(tǒng)電池，標(biāo)志著超快充水系鋅離子電池研究取得了重大進(jìn)展。
業(yè)內(nèi)專家表示，麥立強教授團(tuán)隊的研究成果不僅為電池快充技術(shù)提供了新的理論依據(jù)，也為促進(jìn)材料科學(xué)、電化學(xué)、儲能科學(xué)、能源轉(zhuǎn)化科學(xué)的交叉融合提供了新的研究范式。這一突破性的進(jìn)展有望推動水系鋅離子電池在電動汽車、智能手機、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為實現(xiàn)我國“雙碳”目標(biāo)提供重要支撐。
隨著全球?qū)η鍧嵞茉春涂沙掷m(xù)發(fā)展的高度關(guān)注，新型儲能技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用已成為各國競相爭奪的戰(zhàn)略制高點。武漢理工大學(xué)麥立強教授團(tuán)隊在超快充水系鋅離子電池新機制研究方面的突破，無疑為我國在全球新能源領(lǐng)域的競爭中贏得了重要先機。我們有理由相信，在不久的將來，這一研究成果將在實際應(yīng)用中展現(xiàn)出更大的價值和潛力。
(資料來源：科技日報)
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