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超快充水系锌离子电池研究新突破
2024年06月17日 11:03:48
来源：化工仪器网 点击量：8224
武汉理工大学材料科学与工程学院麦立强教授团队与合作者提出了一种基于锌离子介导催化作用实现超快充电池的新机制，研制出超高功率、本质安全的水系锌离子电池，这为下一代超快充电池开发应用提供了新的理论基础和技术路径。
【化工仪器网 项目成果】随着全球对可再生能源需求的日益增长，开发高性能、低成本、环境友好的储能技术成为科技领域的迫切任务。水系锌离子电池作为锂离子电池的重要替代品，凭借其资源丰富、成本低廉、安全性高等优势，近年来受到科研界的广泛关注。然而，如何提高其充电速度并保持电池稳定性，一直是制约其商业化应用的关键难题。
近日，我国在超快充水系锌离子电池领域取得了重大研究进展——武汉理工大学材料科学与工程学院麦立强教授团队与合作者提出了一种基于锌离子介导催化作用实现超快充电池的新机制，研制出超高功率、本质安全的水系锌离子电池，这为下一代超快充电池开发应用提供了新的理论基础和技术路径。
据了解，这项研究成果已经发表在国际顶级期刊《自然·催化》上，标志着武汉理工大学在新能源材料与器件研究领域的又一次重大贡献。麦立强教授团队与新西兰奥克兰大学、美国阿贡国家实验室以及浙江大学的合作研究者共同完成了这一创新性的研究。
水系锌离子电池，作为一种以水作为电解液的新型储能技术，具有安全、快充、成本低廉和环境友好等显著优势。然而，传统离子穿梭模型反应速率受限于菲克第二定律的极限，难以实现倍率性能的突破，这一直是制约水系锌离子电池进一步发展的国际难题。
麦立强教授团队针对这一难题，创新性提出了离子介导催化存储理论。他们发现，通过调控电极材料和电解液中的阳离子对溶剂鞘层水的吸附，可以显著影响水裂解的反应速率和产物，从而实现了远超传统电池反应速率的快充性能。这一发现不仅合理解释了水系锌离子电池的快充性能反常，也为未来电池技术的创新提供了新的思路。
基于这一新机制，麦立强教授团队通过三维多孔石墨烯气凝胶限域氮化钒纳米簇的设计，成功实现了催化模型预测的超快充和超高倍率性能。在实验中，该水系锌离子电池在300A/g的高电流密度下，电池比容量达到了577.1mAh/g，这一性能表现远超传统电池，标志着超快充水系锌离子电池研究取得了重大进展。
业内专家表示，麦立强教授团队的研究成果不仅为电池快充技术提供了新的理论依据，也为促进材料科学、电化学、储能科学、能源转化科学的交叉融合提供了新的研究范式。这一突破性的进展有望推动水系锌离子电池在电动汽车、智能手机、可穿戴设备等领域的广泛应用，为实现我国“双碳”目标提供重要支撑。
随着全球对清洁能源和可持续发展的高度关注，新型储能技术的研发和应用已成为各国竞相争夺的战略制高点。武汉理工大学麦立强教授团队在超快充水系锌离子电池新机制研究方面的突破，无疑为我国在全球新能源领域的竞争中赢得了重要先机。我们有理由相信，在不久的将来，这一研究成果将在实际应用中展现出更大的价值和潜力。
(资料来源：科技日报)
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