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          華南師范大學鈉鋅電池領域取得重要研究進展
          (時間:2022/10/20 8:25:11)

            近期,華南師范大學物理與電信工程學院侯賢華教授團隊與松山湖材料實驗室李洪飛副研究員合作,在鈉鋅雜化電池領域取得了重要研究進展,并在國際能源頂級期刊AEM上發表重要研究成果。
            近年來,各種基于插層化學的新型水系電池,如單價電池(鈉離子電池、鉀離子電池),多價電池(鋅離子電池、鎂離子電池、鋁離子電池)受到了廣泛的研究。該類電池源自各類具有豐富的金屬自然資源,具有水系電解液的高安全性、低成本、高功率密度等優點,有希望替代傳統的有機類鋰離子電池成為下一代大規模儲能裝置。通過雜化離子電池的設計,它不僅保留了單價離子擴散快、結構穩定、工作電壓高的特點,同時在陽極的選擇方面,不再局限于少數的鋰/鈉金屬,為水系電解液的實際使用提供了應用環境。但目前,鈉鋅雜化電池所面臨的最重要的問題是其能量密度較低,這是水系電解液固有缺陷——狹窄的電化學穩定窗口(1.23 V)所導致的。當電化學反應超出這個窗口時,水會發生析氫、析氧的副反應,導致電解液的酸堿度發生驟變,不僅會加速負極表面枝晶的生長,也會使正極材料中的過渡金屬發生溶解,進一步加速電池本身的腐蝕,從而影響電池電流輸出的穩定性。
            為了解決上述的難題,研究團隊采用配體取代策略,通過優選溶劑,在對陽離子溶劑化殼層進行重構的同時,有效地改善了載流子的遷移環境,成功設計了具有2.9V寬電化學窗口以及19.6 mS cm−1高離子電導率的雜化電解液。并且,通過將鋅陽極與兩種不同類型的鈉超離子導體(NASICON)型陰極配對,獲得了具有良好的倍率性能和大電流下較長循環壽命(3A g−1電流密度下1000次循環充放電)的鈉鋅雜化電池。除此之外,通過理論計算以及XPS表征分析,少量水分子的參與溶劑化結構有助于在正極表面形成含有NaF/ZnF2陰極電解質界面相,從而有效的抑制陰極界面處所發生的過渡金屬溶出等副反應。該研究工作為設計具備寬電化學窗口且高載流子遷移率的水系電解液提供了新的思路和解決方案。

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