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低維光電材料與器件湖北省重點實驗室水系鋅離子電池研究獲得新進展

作者: 发布时间:2021-04-04 阅读量:


(物电学院 通讯员 陈美华)近期,低维光电材料与器件湖北省重点实验室副教授类淑来为第一通讯作者的最新成果Interlayer Modification of Pseudocapacitive Vanadium Oxide and Zn(H2O)n2+Migration Regulation for Ultrahigh Rate and Durable Aqueous Zinc-ion Batteries被國際Top期刊Advanced Science正式在線發表。

由于傳統锂離子電池在應用中容易發生火災等安全事故,高安全性能的電化學電池的市場需求急劇增加。爲解決這一難題,該研究工作采用了高安全性、不易燃燒的電解液,應用化學方法合成了含錳插層水合物Mn1.4V10O24·12H2O作为电极材料,成功制备了水系锌离子电池。实验研究发现该体系不仅能够有效提高电池的安全性能,而且实现了更高的循环次数,提高了电池使用寿命,在10 A/g的实验条件下进行5000次循环中仍可保持80%的容量。该成果由我校和兰州大学、荷兰爱因霍芬理工大学等多个课题组合作完成。

爲了闡明該電池中電化學反應的微觀機理,我校低維光電材料與器件湖北省重點實驗室類淑來博士團隊應用密度泛函理論進行了研究。計算發現電極材料中錳離子與電極材料的氧原子之間形成了配位鍵,不僅增強了電極材料層間的相互作用,增強了電極材料的結構穩定性,而且能夠有效調節電子結構,提高了水合氧化釩的電導率。特別重要的是,理論計算結果表明錳離子的嵌入明顯降低了層間鋅離子的遷移勢壘,提高了充放電性能。該工作爲高安全性能電池的研制提供了一種有效的新方法。

2020年为促进学校科技创新水平进一步快速提升,科技处组建了基础理论支撑型、科技创新服务型、对策研究服务型和文化产业服务型等特色鲜明、方向明确的11支科技创新团队。类淑来博士所负责的能量存储与转化材料理论设计及性能预测科技创新团队不断推进团队建设,通过优化重组和跨学科交叉融合明显增强创新实力,本年度已在国内外高水平學術期刊Chemical PhysicsChinese Chemical LettersAdvanced Science上發表3篇高質量研究成果。

说明: Figure 4

圖中所示爲水系鋅離子電池的比容量與鋅離子的遷移路徑

審稿人:汪競陽


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