開展儲能關鍵技術和材料研發、強化儲能安全技術研究、堅持儲能技術多元化發展是國家推進儲能核心技術自主化發展的必由之路，也是實現雙碳目標、推動我省新舊動能轉換工作在新能源新材料產業高質量發展的戰略性部署。為此，山東省高校創新人才引育計劃團隊在儲能技術和關鍵材料創新研究方面開展了一系列工作，近期，團隊在《Advanced Energy Materials》、《Angewandte Chemie》發表了最新研究成果。
研究成果一：
創新團隊負責人楊凱教授、胡媛媛副教授在《Advanced Energy Materials》上發表了題為“Component Fluctuation Modulated Gelation Effect Enable Temperature Adaptability in Zinc Ion Batteries”的研究論文。化學院21級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大學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，活性的水分子和緩慢的離子動力學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組裝的固態電池體系中也是如此。針對該突出問題，本研究采用兩性離子和離液性陰離子制備水凝膠電解質，通過組分變動調節Zn2+溶劑化結構，實現體系中水活性限制與Zn2+動力學行為保持之間的平衡。理論計算和實驗結果表明，隨著聚合物含量的增加，聚合物官能團取代Zn2+溶劑化殼中的結合水的效率更高，從而減輕了水相關的寄生反應。此外，具有豐富兩性離子基團的水凝膠不僅可以與H2O相互作用限制水解，還可以構建獨立的離子遷移通道，促進Zn2+的均勻快速遷移。結果表明，在25 °C和-20 °C下，水凝膠電解質使Zn//Zn對稱電池分別可穩定進行1050 h和3000 h的沉積/剝離。全電池在25 °C下超過2000次循環的容量保持率為98.8%，在-20 °C下穩定循環600次。
圖1. 研究工作圖示摘要
該研究得到了國家自然科學基金、山東省泰山人才工程、山東省高校青創引育計劃、山東省自然科學基金等項目的支持。
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：
創新團隊負責人楊凱教授在《Angewandte Chemie》上發表了題為“Active Diluent-Anion Synergy Strategy Regulating Nonflammable Electrolytes for High-Efficiency Li Metal Batteries”的研究論文。化學學院楊凱教授、五邑大學鄧魁榮副教授、南開大學嚴振華副研究員為該文的通訊作者。
由高比容量鋰金屬負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。針對傳統易燃碳酸酯電解液電化學穩定窗口窄，與金屬鋰負極匹配存在的相容性差、SEI膜不穩定、枝晶生長等問題，本研究采用具有高LiF生成活性的1,2-二氟苯(DFB)作為活性稀釋劑來調控以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-)陰離子協同構建堅固的富含LiF固體電解質界面膜(SEI)和正極電解質界面膜(CEI)，增強了鋰金屬負極和NCM811正極的界面穩定性。相比于常規局部高濃度電解液易燃的醚類和碳酸酯溶劑，DMAC具有廉價、阻燃性能良好的優點，DMAC有效提高了LHCE-DFB的阻燃性能，LHCE-DFB的自熄滅時間為0 s g?1。DFB的強稀釋作用使LHCE-DFB粘度顯著降低(59.4 mPa s)，離子電導率顯著提高(1.69 mS cm?1)，同時浸潤性也得到顯著提高。LHCE-DFB具有高電化學穩定窗口(4.96 V)。該研究工作為安全高能電池電解液的設計提供了一種有前景且廣泛適用的活性稀釋劑-陰離子協同策略。
圖2. 研究工作圖示摘要
該研究得到了國家自然科學基金、廣東省基礎與應用基礎研究基金、山東省泰山人才工程、山東省高校青創引育計劃等項目的支持。
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 千
審 核：賈 波
