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超快充水系锌离子电池新机制研究取得新突破

2024-06-18 10:48:23
来源:科技日报 作者:吴纯新 通讯员 谢小琴 杨中卓 评论:0

  6月16日,记者从武汉理工大学获悉,该校材料科学与工程学院麦立强教授团队与合作者提出了一种基于锌离子介导催化作用实现超快充电池的新机制,研制出超高功率、本质安全的水系锌离子电池,这为下一代超快充电池开发应用提供了新的理论基础和技术路径。相关研究成果日前发表在《自然·催化》杂志上。

  高性能电化学储能器件是我国电动汽车、人工智能、智能电网等战略性新兴产业的重大需求,也是实现我国“双碳”目标的重要支撑。水系锌离子电池是一种以水作为电解液的电池,具有安全、快充、成本低廉和环境友好等突出优势,是一项极具应用前景的新型储能技术。

  传统离子穿梭模型反应速率受限于菲克第二定律的极限,难以实现倍率性能突破。针对上述国际难题,团队创新性提出离子介导催化存储理论,发现调控电极材料和电解液中的阳离子对溶剂鞘层水的吸附会显著影响水裂解的反应速率和产物,远超传统电池反应速率,不仅合理解释了水系锌离子电池的快充性能反常,更提供了不同于传统离子穿梭模型的新机制。

  团队通过三维多孔石墨烯气凝胶限域氮化钒纳米簇,实现了催化模型预测的超快充和超高倍率性能——在300A g-1的高电流密度下电池比容量达到577.1mAh g-1。该研究不仅为电池快充技术提供新的理论依据,更为促进材料科学、电化学、储能科学、能源转化科学的交叉融合提供新的研究范式。

  据悉,这是武汉理工大学首次以第一完成单位在《自然·催化》上发表高水平研究论文。武汉理工大学麦立强教授、新西兰奥克兰大学王子运教授、美国阿贡国家实验室Khalil Amine院士、浙江大学陆俊教授为共同通讯作者,武汉理工大学2023届博士戴宇航、2020届硕士陆瑞虎、2021届本科生张成翼及2018届博士李坚涛为共同第一作者。

(责任编辑:韩梦晨)

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