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青島能源所在新型長壽命高電壓鋅二次電池研究方面取得進(jìn)展

時(shí)間:2019-12-14 15:59來源:青島生物能源與過程研究所 作者:綜合報(bào)道
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電池體系的歷史演化及青島儲能院的研究進(jìn)展
 
       鋅電池是一類以鋅金屬或鋅氧化物為負(fù)極活性材料的儲能體系,在電池發(fā)展歷程中有不可磨滅的地位。鋅具有資源豐富、高安全、成本低且多電子轉(zhuǎn)移機(jī)制的優(yōu)點(diǎn),這使其體積比容量遠(yuǎn)高于鋰。雖然近20年以來鋅電池發(fā)展遇到了停滯,但隨著近年來綠色、環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)及無鉛化的發(fā)展趨勢,使鋅電池又迎來了新一輪世界范圍的關(guān)注,在低速電動車、規(guī)模儲能及特種領(lǐng)域有極大應(yīng)用前景。然而,時(shí)至今日循環(huán)壽命短仍是其應(yīng)用的最大障礙,這也是當(dāng)前鋅電池的應(yīng)用仍以一次電池為主的原因。因此,聚焦儲鋅化學(xué)關(guān)鍵科學(xué)問題,切實(shí)提升再充電效率是二次鋅電池再次登上歷史舞臺的關(guān)鍵。
 
       依托中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所建設(shè)的青島儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院(簡稱“青島儲能院”)從鋅電池核心電解質(zhì)開發(fā)及界面設(shè)計(jì)出發(fā),在長壽命、高穩(wěn)定鋅二次電池方面取得了重要的研究成果。2016年,青島儲能院利用超高濃鹽包水電解質(zhì)首次實(shí)現(xiàn)了2.35 V的高電壓鋅二次電池新體系(Electrochem. Commun. 2016, 6, 69)。2017年,青島儲能院創(chuàng)新性地以低溫修復(fù)策略進(jìn)一步解決了鋅負(fù)極-電解液界面浸潤性的問題,為鋅電池在航空航天、深海低溫等惡劣條件下的應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支撐(Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 7871;授權(quán)專利:201611224300.3)。
 
       2018年至今,青島儲能院開發(fā)了一系列低共熔體鋅基電解質(zhì)體系,其溶劑化結(jié)構(gòu)、物化性質(zhì)、離子傳輸行為高度可調(diào)(Nat. Commun. 2019, 10, 5374;Nano Energy 2019, 57, 625;Electrochim. Acta 2018, 280, 108;授權(quán)專利:201710979639.2)。重要的是,首次在鋅負(fù)極表面成功構(gòu)筑了原位固態(tài)電解質(zhì)層(SEI),深化了多價(jià)金屬界面離子界面?zhèn)鬏攲拥膫鹘y(tǒng)認(rèn)知。受到電鍍行業(yè)“光亮劑”的啟發(fā),青島儲能院進(jìn)而提出了酰胺聚合物的修飾策略,在傳統(tǒng)水系電解質(zhì)中從副反應(yīng)抑制及均勻沉積兩方面對鋅負(fù)極進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控,循環(huán)壽命超過 8000 h(Energy Environ. Sci. 2019, 12, 1938;專利:201910240468.0);谇捌谘芯窟M(jìn)展,團(tuán)隊(duì)深刻分析了存在的關(guān)鍵問題,尤其在負(fù)極可逆性差及失效機(jī)理方面做出了詮釋,并提出了液態(tài)/聚合物電解質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有益策略,為鋅二次電池發(fā)展方向和應(yīng)用拓展提供了建設(shè)性方案(NPG Asia Mater. 2019, DOI: 10.1038/s41427-019-0167-1)。
 
       上述研究獲得國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、兩所融合基金、中科院青促會等的支持。
 
(責(zé)任編輯:子蕊)
文章標(biāo)簽: 電池技術(shù) 鋅電池
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