開(kāi)展儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)和材料研發(fā)、強(qiáng)化儲(chǔ)能安全技術(shù)研究、堅(jiān)持儲(chǔ)能技術(shù)多元化發(fā)展是國(guó)家推進(jìn)儲(chǔ)能核心技術(shù)自主化發(fā)展的必由之路，也是實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)、推動(dòng)我省新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換工作在新能源新材料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略性部署。為此，山東省高校創(chuàng)新人才引育計(jì)劃團(tuán)隊(duì)在儲(chǔ)能技術(shù)和關(guān)鍵材料創(chuàng)新研究方面開(kāi)展了一系列工作，近期，團(tuán)隊(duì)在《Advanced Energy Materials》、《Angewandte Chemie》發(fā)表了最新研究成果。
研究成果一：
創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人楊凱教授、胡媛媛副教授在《Advanced Energy Materials》上發(fā)表了題為“Component Fluctuation Modulated Gelation Effect Enable Temperature Adaptability in Zinc Ion Batteries”的研究論文。化學(xué)院21級(jí)碩士研究生季善果為該論文的第一作者，楊凱教授、胡媛媛教授以及煙臺(tái)大學(xué)孫建超副教授為該文的通訊作者，我校為第一通訊單位。
在寬溫度范圍內(nèi)，活性的水分子和緩慢的離子動(dòng)力學(xué)行為是水系鋅離子電池性能逐漸惡化的主要原因，即使在水凝膠電解質(zhì)組裝的固態(tài)電池體系中也是如此。針對(duì)該突出問(wèn)題，本研究采用兩性離子和離液性陰離子制備水凝膠電解質(zhì)，通過(guò)組分變動(dòng)調(diào)節(jié)Zn2+溶劑化結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)體系中水活性限制與Zn2+動(dòng)力學(xué)行為保持之間的平衡。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著聚合物含量的增加，聚合物官能團(tuán)取代Zn2+溶劑化殼中的結(jié)合水的效率更高，從而減輕了水相關(guān)的寄生反應(yīng)。此外，具有豐富兩性離子基團(tuán)的水凝膠不僅可以與H2O相互作用限制水解，還可以構(gòu)建獨(dú)立的離子遷移通道，促進(jìn)Zn2+的均勻快速遷移。結(jié)果表明，在25 °C和-20 °C下，水凝膠電解質(zhì)使Zn//Zn對(duì)稱電池分別可穩(wěn)定進(jìn)行1050 h和3000 h的沉積/剝離。全電池在25 °C下超過(guò)2000次循環(huán)的容量保持率為98.8%，在-20 °C下穩(wěn)定循環(huán)600次。
圖1. 研究工作圖示摘要
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省泰山人才工程、山東省高校青創(chuàng)引育計(jì)劃、山東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
Shanguo Ji?, Hao Luo?, Shuo Qin, Xinyue Zhang, Yuanyuan Hu*, Weiwei Zhang, Jianchao Sun*, Jing Xu, Haijiao Xie, Zhenhua Yan and Kai Yang*, Component FluctuationModulated Gelation Effect EnableTemperature Adaptability in Zinc Ion Batteries[J]. Adv. Energy Mater. 2024, 2400063.
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202400063
研究成果二：
創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人楊凱教授在《Angewandte Chemie》上發(fā)表了題為“Active Diluent-Anion Synergy Strategy Regulating Nonflammable Electrolytes for High-Efficiency Li Metal Batteries”的研究論文。化學(xué)學(xué)院楊凱教授、五邑大學(xué)鄧魁榮副教授、南開(kāi)大學(xué)嚴(yán)振華副研究員為該文的通訊作者。
由高比容量鋰金屬負(fù)極和高壓富鎳正極組成的鋰金屬電池具有超高的理論能量密度(~500 Wh kg?1)，是下一代二次電池的理想選擇。針對(duì)傳統(tǒng)易燃碳酸酯電解液電化學(xué)穩(wěn)定窗口窄，與金屬鋰負(fù)極匹配存在的相容性差、SEI膜不穩(wěn)定、枝晶生長(zhǎng)等問(wèn)題，本研究采用具有高LiF生成活性的1,2-二氟苯(DFB)作為活性稀釋劑來(lái)調(diào)控以N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)為阻燃性溶劑的局部高濃度電解液(LHCE-DFB)。DFB能夠與雙氟磺酰亞胺(FSI-)陰離子協(xié)同構(gòu)建堅(jiān)固的富含LiF固體電解質(zhì)界面膜(SEI)和正極電解質(zhì)界面膜(CEI)，增強(qiáng)了鋰金屬負(fù)極和NCM811正極的界面穩(wěn)定性。相比于常規(guī)局部高濃度電解液易燃的醚類和碳酸酯溶劑，DMAC具有廉價(jià)、阻燃性能良好的優(yōu)點(diǎn)，DMAC有效提高了LHCE-DFB的阻燃性能，LHCE-DFB的自熄滅時(shí)間為0 s g?1。DFB的強(qiáng)稀釋作用使LHCE-DFB粘度顯著降低(59.4 mPa s)，離子電導(dǎo)率顯著提高(1.69 mS cm?1)，同時(shí)浸潤(rùn)性也得到顯著提高。LHCE-DFB具有高電化學(xué)穩(wěn)定窗口(4.96 V)。該研究工作為安全高能電池電解液的設(shè)計(jì)提供了一種有前景且廣泛適用的活性稀釋劑-陰離子協(xié)同策略。
圖2. 研究工作圖示摘要
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金、山東省泰山人才工程、山東省高校青創(chuàng)引育計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。
Ran He,Kuirong Deng,* Daize Mo, Xiongcong Guan, Yuanyuan Hu, Kai Yang,*Zhenhua Yan,* and Haijiao Xie, Active Diluent-Anion Synergy Strategy Regulating Nonflammable Electrolytes for High-Efficiency Li Metal Batteries[J]. Angew. Chem. Int. Ed.2024,63(7), **********.
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202317176
編 輯：萬(wàn) 千
審 核：賈 波
