中国高容量储能电池研究获突破,望早告别高污染水系铅酸电池

我国高容量储能电池研究取得重大进展,该校陈军院士团队利用有机醌类物质作为正极,首次开发出高容量、高放电频次水系锌二次电池,也让我们早日告别高污染的水系铅酸电池成为了可能。该研究成果已在最新一期美国科学促进会杂志《科学进展》发表。


随着太阳能、风能等可再生能源利用率不断提高,开发低成本、高性能的可充电储能电池成为世界追逐目标。锌价格低廉,每克理论容量高达820毫安时,且具有良好的水兼容性和稳定性,适合大规模生产应用,因此可充电水系锌电池应用前景广阔。然而水系锌电池发展一直受制于正极材料可选种类少、锌脱嵌动力学慢等难题困扰。
有机醌类化合物在自然界中无处不在,研究人员已从植物、真菌、海洋动物和昆虫中发现了超过2400种的醌类。发展基于非脱嵌反应机制和多电子转移新型有机醌类电极材料对提升锌电池容量和循环稳定性具有重要意义。


目前,电活性醌电极一般使用有机电解质,根据相似相容原理,醌类化合物易溶解于有机溶剂,带来活性物质损失和电池寿命短等难题。陈军院士团队多年来一直致力于有机醌类电极材料设计、制备和应用,他们利用电解质改性、聚合、盐化、负载等方法,不仅提高了醌类的容量保持率,还通过合理结构设计将醌类化合物作为正极应用于了可充水系锌电池,首次获得了335毫安时每克的比容量,充放电平台电压差低至70mV,能量效率高达93 %,并且循环1000次之后,电池容量保持率仍为87%,电池循环稳定性可媲美无机电极材料。该团队研制的有机水系锌电池能够提供220瓦时每公斤的能量密度,远超当下普遍使用的水系铅酸电池,与目前商业化的锂离子电池相当。由于水系锌电池具有能量密度高、安全可靠、成本低廉、绿色环保等优点,也为未来电动汽车、规模储能等重大应用提供了新选择。


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