我校生物碳(炭)与光学农业团队在锌电池材料研究中取得重要进展

审核发布:宣传部 曾子焉 来源单位及审核人:材料与能源学院 杨卓鸿 发布时间:2022-04-25浏览次数:10

  近期,我校材料与能源学院、岭南现代农业科学与技术广东省实验室、生物基材料与能源教育部重点实验室和广东省光学农业工程技术研究中心刘应亮教授带领的生物碳(炭)与光学农业团队在锌电池材料研究中取得重要进展,相关研究结果以“Construction of mixed ionic-electronic conducting scaffolds in Zn powder: A scalable route to dendrite-free and flexible Zn anodes”(论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202200860)为题发表在材料领域国际顶级期刊Advanced Materials(IF2021=30.849)上。

  水系锌电池作为下一代大规模储能技术的重要候选者,有望解决运行安全和成本的问题。水系锌电池的核心技术是高性能锌负极材料的研发。与传统的锌箔相比,锌粉(Zn-P)具有低成本、易加工和结构可调控等优势,有望应用于大规模工业化生产,因而在近年来受到了较广泛的关注。然而,Zn-P基负极仍存在机械强度差、易被腐蚀、枝晶生长不可控等问题,制约了其进一步的应用发展。因此,如何在保持Zn-P原有优点的前提下,同时实现Zn-P基负极优异机械性能、良好抗腐蚀性及无枝晶可逆电沉积,对推进Zn-P基锌电池的实用化进程十分重要。

  有鉴于此,生物碳(炭)与光学农业团队通过简单的溶液浇铸法,将可传导离子的乙烯−醋酸乙烯酯共聚物与可传导电子的碳纳米管组成的混合离子−电子导体(MIEC)骨架引入到Zn-P中,成功地制备出具有优异耐腐蚀、无枝晶的柔性自支撑锌负极(Zn-P-MIEC)。所构筑的Zn-P-MIEC展现出如下几个功能特征:(1)具有高电导率的电子导体助力电场均匀分布,由此有效地避免了尖端效应,而具有高离子导率的离子导体有利于锌离子快速进入电极,从而实现锌离子的均匀、长效和可逆电沉积,尤其是在快速充放电的条件下;(2)优异的柔韧性确保Zn-P-MIEC在复杂的机械外力作用下仍能保持其结构完整性和电化学稳定性;(3)较低的原料成本、简单的合成工艺和易放大的制备方法有望实现Zn-P-MIEC规模化生产;(4)良好的抗腐蚀性能可提升Zn-P-MIEC在水系电解液中的长期稳定性。得益于这些优点,Zn-P-MIEC在用作扣式和软包锌离子电池的负极时,展现出长效循环稳定的电化学性能。

  该研究工作率先提出在锌负极结构设计中引入MIEC的解决途径,为高性能锌负极的发展提供了有效的策略和新的思路,并拓宽了MIEC的应用范围,对设计其他类型高性能金属负极材料具有一定的指导意义。该研究论文的第一作者为我校与广东工业大学联合培养硕士生张敏,通讯作者为梁业如教授。该研究得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、“广东特支计划”科技青年拔尖人才项目、广东省高等学校珠江学者岗位计划等项目的资助。(文图/材料与能源学院 张敏 王泳茵)

返回原图
/