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我國(guó)研究人員在水系鋅離子電池研究中取得突破性進(jìn)展

2024-08-22 10:10:04 來(lái)源:安徽日?qǐng)?bào)
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簡(jiǎn)介:日,中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所能源材料與器件制造研究部胡林華研究員團(tuán)隊(duì)在水系鋅離子電池研究中取得突破性進(jìn)展,團(tuán)隊(duì)提出一種全新的策略,可以極大地提升電池充放電可逆性和循環(huán)穩(wěn)定性能。相關(guān)研究發(fā)表在國(guó)際期刊《Energy Storage Materials》上。
隨著全球?qū)沙掷m(xù)能源的需求不斷增加,水系鋅離子電池作為一種新型儲(chǔ)能技術(shù),因其高能量密度、環(huán)保無(wú)污染和低成本等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。然而,水系鋅離子電池的充放電過(guò)程中存在著可逆性和循環(huán)穩(wěn)定性差的問(wèn)題,限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的推廣。

為了解決這一問(wèn)題,胡林華研究員團(tuán)隊(duì)提出了一種全新的策略。近日,中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所能源材料與器件制造研究部胡林華研究員團(tuán)隊(duì)在水系鋅離子電池研究中取得突破性進(jìn)展,團(tuán)隊(duì)提出一種全新的策略,可以極大地提升電池充放電可逆性和循環(huán)穩(wěn)定性能。相關(guān)研究發(fā)表在國(guó)際期刊《Energy Storage Materials》上。


胡林華研究員查看水系鋅離子電池的電解液添加劑

8月21日,胡林華研究員查看水系鋅離子電池的電解液添加劑


科研人員進(jìn)行水系鋅離子電池極片制備

8月21日,科研人員進(jìn)行水系鋅離子電池極片制備


水系鋅離子電池

水系鋅離子電池

與傳統(tǒng)鋰電池相比,使用水基電解液的水系鋅離子電池不僅降低了起火爆炸的風(fēng)險(xiǎn),也減少了對(duì)環(huán)境的潛在威脅,同時(shí)制備過(guò)程不需要復(fù)雜的密封技術(shù)和無(wú)氧無(wú)水環(huán)境,在安全和環(huán)保兩方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。但是,水系鋅離子電池在商業(yè)化應(yīng)用上仍然面臨著諸多難題,其中一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)就是枝晶生長(zhǎng)。枝晶是以樹(shù)枝狀形式生長(zhǎng)的晶體,它們就像冬天里尖銳的冰錐,不僅“攻擊性”強(qiáng),還可能刺穿電池的“心臟”,使得正負(fù)極直接連接,引發(fā)電池短路失效??刂浦L(zhǎng)是延長(zhǎng)電池壽命的關(guān)鍵因素。

針對(duì)這一難題,該團(tuán)隊(duì)的策略是利用一種名為“最高占據(jù)分子軌道(HOMO) 能級(jí)”的分子特性,來(lái)篩選出能夠穩(wěn)定鋅負(fù)極用的非犧牲性陰離子型表面活性劑作為電解液添加劑。他們就像是在為電池尋找合適的“保護(hù)劑”,以此來(lái)抑制鋅枝晶的生長(zhǎng)。

結(jié)合理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究,他們發(fā)現(xiàn)使用十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)作為添加劑能夠滿足“保護(hù)劑”的要求。這種化學(xué)物質(zhì)是工業(yè)上廣泛應(yīng)用的清潔劑、乳化劑等,還是日常生活中洗衣粉、洗潔精的主要去污成分之一。在實(shí)驗(yàn)中,該添加劑的使用顯著提升了電池的循環(huán)特性,穩(wěn)定性(電池的循環(huán)次數(shù))提升了30倍,平均庫(kù)倫效率(鋅沉積/剝離的可逆性)也達(dá)到了98.15%,極大地延長(zhǎng)了電池壽命、提高了電池性能。

水系鋅離子電池是一種具有巨大前景的儲(chǔ)能系統(tǒng),未來(lái)有望在削峰填谷、風(fēng)光電配儲(chǔ)、飛行器電源等領(lǐng)域落地應(yīng)用。這項(xiàng)研究成果對(duì)于推動(dòng)鋅離子電池的發(fā)展具有重要意義。隨著全球?qū)η鍧嵞茉春涂沙掷m(xù)發(fā)展的需求不斷增加,鋅離子電池作為一種輕便、高效、環(huán)保的能源存儲(chǔ)設(shè)備越來(lái)越受到關(guān)注。因此,研發(fā)高性能、低成本的鋅離子電池已經(jīng)成為當(dāng)前科研工作者的重要任務(wù)之一。
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