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“理工振兴”学术动态:化学与环境科学学院张宁教授课题组在水系可充锌电池方向取得重要进展

2022-10-27

 

 

近日,化学与环境科学学院张宁教授与南开大学程方益教授、深圳大学苗立成博士合作在可充锌电池方向取得重要进展,相关工作“Non-flammable, dilute, and hydrous organic electrolytes for reversible Zn batteries”以河北大学为第一单位发表在化学顶级期刊《Chemical Science》(2022, 13, 11320;IF=9.9),我校博士研究生马国强和深圳大学苗立成博士为论文的共同第一作者,张宁教授和南开大学程方益教授为共同通讯作者。

水系可充锌电池安全性高、资源丰富,在大规模储能领域中具有重要应用前景。然而,金属锌(Zn)负极在传统水系电解液中存在界面稳定性差、锌枝晶生长、氢析出、腐蚀、钝化等问题,严重制约了可充锌电池的实际应用。传统解决策略是通过设计高浓度水系电解液来降低水的活度,但这会增加电解液成本、降低离子电导率,限制了其应用范围。本工作中,张宁教授课题组开发一种新型高安全、低浓度水合有机电解液体系(即0.5 mol/kg水合高氯酸锌/磷酸三甲酯电解液),有效缓解了锌负极枝晶生长、氢析出、钝化等问题。该电解液本征安全、不燃烧,具有高电导率(6.13 mS cm-1)、低粘度(15.2mPa·s)、宽电压窗口(3.0 V)的优点,能支持Zn//Zn半电池在5 mAh/cm2面容量下的长达1200小时的循环寿命,而这难以在传统水系电解液中实现。所组装的Zn//Zn0.13V2O5·nH2O全电池体系也显示出了优异的循环稳定性和倍率性能。该研究工作为二次电池电解液的合理设计提供了新思路。这是该课题组在2021年关于水系电解液设计(Chemical Science,2021, 12, 5843;入选ESI热点论文)工作发表后的又一突破。

2022年1月至今,张宁教授团队已在水系锌电池方向取得了一系列重要阶段性成果,相关工作分别发表在国际权威学术期刊Advanced Functional Materials (2022, 32, 2203905;IF=19.9)、ACS Nano (2022, 16, 9667;IF=18.0)、Energy Storage Materials (2022, 47, 203和2022, DOI: 10.1016/j.ensm.2022.10.043;IF=20.8)、Chemical Engineering Journal (2022, 431, 134076;IF=16.7)、Journal of Energy Chemistry (2022, 75, 135;IF=13.5)、Journal of Power Sources (2022, 535, 231;IF=9.7)。

以上研究工作得到了中国科协青年人才托举工程项目、国家自然科学基金面上项目和化学与环境科学学院科研团队项目等经费的资助和支持。

全文链接:https://doi.org/10.1039/D2SC04143J

(化学与环境科学学院、科学技术处供稿)

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