享受生活、科研和教书育人的乐趣分享 http://blog.sciencenet.cn/u/刘金平 研究方向:纳米能源材料及相关基础科学问题

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课题组水系电化学储能研究进展

已有 4763 次阅读 2016-10-4 12:16 |个人分类:科研学习|系统分类:论文交流|关键词:学者

       作为电化学储能技术中的新型体系之一,水系电池不仅成本低廉,具有极高的安全性,通常还展现出高的功率密度,可进行快速充电。然而发展高电压、高容量和高稳定性的水系电池材料及器件长期面临巨大的挑战。

  刘金平课题组首先针对水系镍-锌电池在循环过程中极易形成锌枝晶的科学问题,通过引入三维分级碳纤维纳米阵列集流体结构,促进了电流的均匀分布,提高了锌的均匀沉积,从而抑制了枝晶生长的问题,将电池循环寿命从通常的几百次提升到近三千次,提高了稳定性;进一步通过引入柔性碳集流体和聚合物凝胶电解质,成功构筑了~1.8 V的高电压柔性镍-锌电池,获得了极高的质量/体积能量密度(355.7 Wh kg-1;10.67 mWh cm-3)和功率密度(17.90 kW kg-1; 0.54 W cm-3),并可在多类形变下正常工作,为高性能柔性储能器件家族增添了新成员,也为其它水系电池的柔性化提供了科学的参考(Advanced Materials, 2016, DOI:10.1002/adma.201603038)。

  由于地球上锂的资源非常有限,发展水系非锂离子电池迫在眉睫。一价(Na+, K+),二价(Mg2+,Zn2+)以及三价(Al3+)非锂离子电池因各金属离子在储量和成本上的优势近年来受到科学家们广泛的关注。然而,同时具有大容量、优越倍率性能、良好充放电平台,且可广泛用于多种水系电池的电极材料鲜有报道。课题组经过长期探索,发现氧化铋电极材料在十七种水系一价,二价和三价金属离子电解质中可实现高效氧化还原反应,储存能量,比容量可大于300 mAh g-1,是典型的水系锂离子/钠离子电池”嵌入型”电极材料的2-3倍以上。通过对电化学动力学过程以及充放电中电极成分、离子价态等演化规律的分析,提出了“水系转化反应”新机制,对丰富水系金属离子电池的材料体系具有重要的推动作用(Energy & Environmental Science, 2016, 9, 2881-2891)。


文章链接:

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201603038/abstract

http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/ee/c6ee01871h






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