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南开博士大幅提升“水系锌离子”电池性能

来源:科技日报 作者:冯国梧 马超 2016-11-29 11:27:49
  近日,南开大学化学学院博士研究生张宁针对“水系锌离子”电池设计出全新正极材料及电解液,使得锌离子电池的效能、安全性、稳定性等均有大幅提升和改进,相关科研成果发表在材料与化学类龙头期刊《美国化学会志》。该成果现已申请专利。

  张宁介绍:“锂离子电池由于安全性和价格因素不利于在大规模储能领域应用。而由于锌资源丰富廉价,同时水系电解液不存在易燃易爆隐患,其特点适合大规模储能体系,如智能电网。所以,我们将研究目标锁定为‘水系锌离子’电池。”

  在正极材料方面,张宁及其团队通过不断探索优化实验条件,利用低温溶液法成功合成了阳离子缺陷型ZnMn2O4用作正极。采用这种电极可逆容量达到150mAh/g,实现了Zn的有效储存,大大提升了锌离子电池的循环稳定性,循环500次后,容量保持率高达94%。这一材料,是首次应用于“水系锌离子”电池中。在电解液设计方面,他们研究发现,三氟甲烷磺酸锌作为大阴离子结构的电解液,具备良好的锌离子沉积、析出动力学,100%库伦效率即可以实现快速充电且能量“零浪费”。

  张宁说,锌离子电池的使用不仅可以大大提升电池性能、安全稳定性,还可以降低成本。特别是锌资源廉价易得,更适于在生产实践中大规模使用。张宁也坦言,这款电池正极材料能量密度较低,约为锂离子电池正极材料的一半,因此目前更适用于大规模储能体系,而不太适用于手机等便携电子设备。
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