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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：8178
武漢理工大學材料科學與工程學院麥立強教授團隊與合作者提出了一種基于鋅離子介導催化作用實現(xiàn)超快充電池的新機制，研制出超高功率、本質安全的水系鋅離子電池，這為下一代超快充電池開發(fā)應用提供了新的理論基礎和技術路徑。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】隨著全球對可再生能源需求的日益增長，開發(fā)高性能、低成本、環(huán)境友好的儲能技術成為科技領域的迫切任務。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)化應用的關鍵難題。
近日，我國在超快充水系鋅離子電池領域取得了重大研究進展——武漢理工大學材料科學與工程學院麥立強教授團隊與合作者提出了一種基于鋅離子介導催化作用實現(xiàn)超快充電池的新機制，研制出超高功率、本質安全的水系鋅離子電池，這為下一代超快充電池開發(fā)應用提供了新的理論基礎和技術路徑。
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，標志著武漢理工大學在新能源材料與器件研究領域的又一次重大貢獻。麥立強教授團隊與新西蘭奧克蘭大學、美國阿貢國家實驗室以及浙江大學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，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一步發(fā)展的國際難題。
麥立強教授團隊針對這一難題，創(chuàng)新性提出了離子介導催化存儲理論。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速率和產(chǎn)物，從而實現(xiàn)了遠超傳統(tǒng)電池反應速率的快充性能。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，也為未來電池技術的創(chuàng)新提供了新的思路。
基于這一新機制，麥立強教授團隊通過三維多孔石墨烯氣凝膠限域氮化釩納米簇的設計，成功實現(xiàn)了催化模型預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，電池比容量達到了577.1mAh/g，這一性能表現(xiàn)遠超傳統(tǒng)電池，標志著超快充水系鋅離子電池研究取得了重大進展。
業(yè)內(nèi)專家表示，麥立強教授團隊的研究成果不僅為電池快充技術提供了新的理論依據(jù)，也為促進材料科學、電化學、儲能科學、能源轉化科學的交叉融合提供了新的研究范式。這一突破性的進展有望推動水系鋅離子電池在電動汽車、智能手機、可穿戴設備等領域的廣泛應用，為實現(xiàn)我國“雙碳”目標提供重要支撐。
隨著全球對清潔能源和可持續(xù)發(fā)展的高度關注，新型儲能技術的研發(fā)和應用已成為各國競相爭奪的戰(zhàn)略制高點。武漢理工大學麥立強教授團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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