記者20日從南開大學獲悉，我國高容量儲能電池研究取得重大進展，該校陳軍院士團隊利用有機醌類物質作為正極，首次開發(fā)出高容量、高放電頻次水系鋅二次電池，也讓我們早日告別高污染的水系鉛酸電池成為了可能。該研究成果已在最新一期美國科學促進會雜志《科學進展》發(fā)表。

 

　　隨著太陽能、風能等可再生能源利用率不斷提高，開發(fā)低成本、高性能的可充電儲能電池成為世界追逐目標。鋅價格低廉，每克理論容量高達820毫安時，且具有良好的水兼容性和穩(wěn)定性，適合大規(guī)模生產應用，因此可充電水系鋅電池應用前景廣闊。然而水系鋅電池發(fā)展一直受制于正極材料可選種類少、鋅脫嵌動力學慢等難題困擾。

 

　　有機醌類化合物在自然界中無處不在，研究人員已從植物、真菌、海洋動物和昆蟲中發(fā)現(xiàn)了超過2400種的醌類。發(fā)展基于非脫嵌反應機制和多電子轉移新型有機醌類電極材料對提升鋅電池容量和循環(huán)穩(wěn)定性具有重要意義。

 

　　目前，電活性醌電極一般使用有機電解質，根據(jù)相似相容原理，醌類化合物易溶解于有機溶劑，帶來活性物質損失和電池壽命短等難題。陳軍院士團隊多年來一直致力于有機醌類電極材料設計、制備和應用，他們利用電解質改性、聚合、鹽化、負載等方法，不僅提高了醌類的容量保持率，還通過合理結構設計將醌類化合物作為正極應用于了可充水系鋅電池，首次獲得了335毫安時每克的比容量，充放電平臺電壓差低至70mV，能量效率高達93 %，并且循環(huán)1000次之后，電池容量保持率仍為87%，電池循環(huán)穩(wěn)定性可媲美無機電極材料。該團隊研制的有機水系鋅電池能夠提供220瓦時每公斤的能量密度，遠超當下普遍使用的水系鉛酸電池，與目前商業(yè)化的鋰離子電池相當。由于水系鋅電池具有能量密度高、安全可靠、成本低廉、綠色環(huán)保等優(yōu)點，也為未來電動汽車、規(guī)模儲能等重大應用提供了新選擇。