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一大學研制出“水系鋅離子”電池

鉅大LARGE  |  點擊量:2115次  |  2019年04月01日  

南開大學化學學院博士研究生張寧針對“水系鋅離子”電池設計出全新正極材料及電解液,首次將陽離子缺陷型鋅錳氧化物(ZnMn2O4)用于正極,并使用高濃度大陰離子電解液三氟甲烷磺酸鋅(Zn(CF3SO3)2),使鋅離子電池效能、安全性、穩定性等均有大幅提升和改進。


據悉,研究團隊通過不斷探索優化實驗條件,利用低溫溶液法成功合成陽離子缺陷型ZnMn2O4用作正極。該材料尺寸約為15nm,具有豐富的陽離子缺陷。這種獨特結構,利于提升Zn離子在尖晶石結構中的脫嵌動力學,可逆容量達到150mAh/g,實現Zn的有效儲存,大大提升鋅離子電池的循環穩定性,循環500次后,容量保持率高達94%。此外,團隊對比硫酸鋅(ZnSO4)、硝酸鋅(Zn(NO3)2)、氯化鋅(ZnCl2)和三氟甲烷磺酸鋅(Zn(CF3SO3)2)4種電解液發現,三氟甲烷磺酸鋅作為大陰離子結構的電解液,具備良好的鋅離子沉積、析出動力學,100%庫倫效率即可實現快速充電且能量“零浪費”。同時,張寧進一步研究不同電解液濃度對電化學性能的影響發現,高濃的電解液可以有效減少Zn離子的溶劑化效應,降低水分解等副反應,可提高電池體系穩定性。

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