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梁宵教授课题组在水系卤素电池领域取得重要进展

通讯员:  发布时间:2024-02-02  浏览量:

锂离子电池在资源丰富性、成本效益和安全问题等方面均存在挑战,急需设计本征安全、低成本、长寿命的电池新体系。传统水系电池比能量低(<50 Wh/Kg),水系锌-卤素电池因其本征安全、原材料丰富、元素价态丰富等特点而受到关注。梁宵教授团队基于前期构建的卤素四电子转移电化学反应(Nature Communications, 2021, 12, 170),利用电极的络合效应协同水系电解液中的盐析效应,有效提升了多电子转移卤素电池的循环稳定性,构建了本征安全、低成本、长寿命的高比能锌溴电池和锌碘电池。为开发高比能、本征安全和低成本的水系电池提供了新思路和新策略。

卤素四电子电化学反应(X-/X2/X+,X=I或Br)所涉及的聚卤离子(如ICl2-,Br3-,BrCl2-)在水系电解液中易溶解、水解,使得水系卤素电池实际能量密度偏低且易衰减。该团队利用电极中的季铵络合效应增强聚卤离子的化学稳定性、水系电解液中硫酸盐析排斥效应,解决了聚卤离子的溶解和水解问题,阐明了络合-盐析协同作用机制。该作用机制进一步构建了分子拥挤型的凝胶化电极,抑制了析氧、析氯副反应,并克服了传统转化型正极反应的动力学挑战。

该团队通过软包电池展示了四电子锌溴电池的高能量密度(106 Wh kg-1)、低材料成本($ 28 kWh-1)、及优异的能量效率(88.9%),在储能领域展现出较大的应用潜力和优势。

络合-排斥策略应对卤素电池的水解、析氧及动力学挑战

高比能水系锌溴软包电池

两项研究成果分别以“Practical High-Energy Aqueous Zinc-Bromine Static Batteries Enabled by Synergistic Exclusion-Complexation Chemistry”、“Stabilized Four-Electron Aqueous Zinc–Iodine Batteries by Quaternary Ammonium Complexation”为题发表在Joule和Chemical Science等国际顶刊。博士研究生徐琛为Joule文章的第一作者,博士研究生蒋鹏杰为Chemical Science文章的第一作者,梁宵教授为论文通讯作者,168体育大学为唯一通讯单位。

论文链接:

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(23)00541-X

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/sc/d3sc06155h


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