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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽系系主任
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我國學(xué)者實(shí)現(xiàn)寬溫域鋅金屬電池突破性進(jìn)展
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我國學(xué)者實(shí)現(xiàn)寬溫域鋅金屬電池突破性進(jìn)展 日前，記者從海南大學(xué)獲悉，該校海洋清潔能源創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)副教授邢振月在寬溫域水系鋅金屬電池研究領(lǐng)域取得重大突破，相關(guān)研究成果發(fā)表于能源化學(xué)領(lǐng)域期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》。 據(jù)悉，水系鋅金屬電池憑借高安全性、低成本與環(huán)境友好性，在大規(guī)模儲能領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。然而，該技術(shù)長期受兩大瓶頸制約：一方面，鋅負(fù)極在水系環(huán)境中易發(fā)生枝晶生長、析氫腐蝕及鈍化等副反應(yīng)，嚴(yán)重縮短電池循環(huán)壽命；另一方面，傳統(tǒng)水系電解液工作溫度范圍狹窄，低溫下易凝固導(dǎo)致離子電導(dǎo)驟降，高溫下則副反應(yīng)加劇，極大限制了其在極端環(huán)境中的應(yīng)用場景。 現(xiàn)有研究聚焦于通過高濃度“鹽包水”、離子液體、凝膠電解質(zhì)等策略解決上述問題，但高濃度電解液存在成本高、黏度大的缺陷，有機(jī)溶劑添加劑則會(huì)因與鋅離子強(qiáng)配位導(dǎo)致脫溶劑化能壘升高，引發(fā)界面動(dòng)力學(xué)遲滯與庫倫效率下降。因此，開發(fā)兼具副反應(yīng)抑制能力與寬溫域離子傳輸性能的電解液，成為水系鋅金屬電池實(shí)用化的關(guān)鍵突破口。 針對這一難題，研究團(tuán)隊(duì)受生物抗凍機(jī)制啟發(fā)，創(chuàng)新選用天然脯氨酸分子作為電解液添加劑（P-4）。脯氨酸分子中豐富的氫鍵供體/受體可有效破壞水分子間的規(guī)則氫鍵網(wǎng)絡(luò)，不僅能有效降低電解液冰點(diǎn)，確保其在低溫環(huán)境下仍能保持良好的流動(dòng)性與離子傳導(dǎo)能力，還能顯著減少自由水含量，抑制鋅負(fù)極的析氫腐蝕等副反應(yīng)。 同時(shí)，脯氨酸未直接參與鋅離子的一級溶劑化殼層配位，其通過與水分子的強(qiáng)相互作用減少配位水?dāng)?shù)量，構(gòu)建出無有機(jī)物配位的弱溶劑化結(jié)構(gòu)。結(jié)合X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜、分子動(dòng)力學(xué)模擬等表征手段證實(shí)，該結(jié)構(gòu)可將鋅離子脫溶劑化能壘大幅降低，顯著提升電極界面的離子遷移速率與電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)，完美解決了傳統(tǒng)電解液在寬溫域下“低溫傳導(dǎo)差、高溫副反應(yīng)多”的核心矛盾。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，基于P-4電解液的聚苯胺||鋅電池展現(xiàn)出優(yōu)異的長循環(huán)壽命和高倍率性能：在60℃高溫、2安每克高電流密度下，可逆容量高達(dá)173.6毫安時(shí)每克；-30℃低溫環(huán)境中循環(huán)1300圈后，容量保持率仍達(dá)93.6%；此外，聚苯胺||鋅軟包電池在-20℃下實(shí)現(xiàn)超500次穩(wěn)定循環(huán)，充分驗(yàn)證了該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用潛力。 邢振月表示，本研究給出了高安全、經(jīng)濟(jì)的寬溫電解液的設(shè)計(jì)新思路，進(jìn)一步推動(dòng)了水系鋅金屬電池的實(shí)用化進(jìn)展。 相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202516974 |
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