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6686体育学院刘杰副教授在水系锌离子电池电解液设计方面取得新进展
发布时间:2024-04-15    作者:刘杰      审核人:李金恒    点击:[]

化石能源的不断消耗和环境污染的日益严重迫使我们加快新旧动能转换,大力发展清洁可再生能源。但是风能、太阳能、潮汐能等可再生能源在时间和空间上分布不均匀,无法直接并入电网使用。研发安全高效的大规模储能技术迫在眉睫。水系锌离子电池因其本征安全性和价格低廉等优势备受关注。然而,在充放电过程中,锌负极表面不均匀的锌沉积导致锌枝晶的疯狂生长,引起电池短路。此外,水系电解液在锌表面引发的腐蚀和析氢反应也严重地制约了水系锌离子电池的电化学性能。

针对以上问题,刘杰副教授团队通过电解液的设计与优化,有效地稳定了锌负极/电解液界面,提升了水系锌离子电池的电化学性能,在Small MethodsAdvanced Science杂志上发表高水平学术论文。前期,三聚磷酸钾无机低聚物被研发为三功能的电解液添加剂,不仅在锌负极表面自发形成了一层离子传导和机械强健的SEI层,而且调控了锌离子的沉积行为,有效地提升了锌负极的循环稳定性和可逆性,相关结果以“Tuning the Electrode/Electrolyte Interface Enabled by a Trifunctional Inorganic Oligomer Electrolyte Additive for Highly Stable and High-Rate Zn Anodes”为题发表在国际知名杂志Small Methods上(影响因子:12.4)。尽管如此,微量的电解液添加剂在长期循环过程中往往面临着消耗殆尽的问题。此外,微量的电解液添加剂仅能在局部范围内调控电解液中的氢键网络和锌离子配位结构。这导致实际工况下(贫电解液、低温、大容量等)水系锌离子电池的电化学性能快速衰退。近日,刘杰副教授团队将海藻糖开发为多功能共溶质以大规模调控水系电解液中的氢键网络结构和锌离子配位结构,借助分子动力学模拟、DFT理论计算、电化学测量方法等研究了海藻糖多功能共溶质的作用机制。如图1所示,海藻糖多功能共溶质有效地改善了水系锌离子电池在贫电解液、低负极用量、低温条件下的电化学性能,最终成功获得了LiFePO4载量为506.49 mg的Zn||LiFePO4电池包,表明了该电解液的实际应用潜力。该工作以“Massively Reconstructing Hydrogen Bonding Network and Coordination Structure Enabled by a Natural Multifunctional Co-Solvent for Practical Aqueous Zn-Ion Batteries”为题发表在国际知名杂志Advanced Science上(影响因子:15.1)。

1实际工况下基于海藻糖多功能共溶质的水系锌离子电池的电化学性能。

以上2篇论文第一作者为硕士研究生于源泽,刘杰副教授为唯一通讯作者,6686体育为第一单位和唯一通讯单位。


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