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中南大学梁叔全、周江团队在水系锌离子电池领域取得系列研究进展

来源:材料科学与工程学院 点击次数:次 发布时间:2019-12-18 10:44:28 作者:蔡圳阳

本网讯  近日,《Energy & Environmental Science》、《Advanced Functional Materials》、《ACS Nano》等国际材料与能源领域顶级期刊连续在线发表中南大学材料科学与工程学梁叔全教授、周江特聘教授团队在水系锌离子电池领域的最新研究成果。

团队研发了一种表面氧化的氧氮化钒(VNxOy)新型正极材料,该材料表现出高度可逆的储锌行为与独特的能量存储机制,显著提高了Zn/VNxOy电池的电化学性能,为设计高性能的具有快速Zn2+反应动力学的正极材料提供了借鉴,该研究成果近日在自然指数期刊《Advanced Functional Materials》在线发表。中南大学材料科学与工程学院为第一单位,方国赵博士为第一作者,周江特聘教授、梁叔全教授为通讯作者。

团队创新性地发现水系锌离子电池Ca2MnO4正极材料表面可原位生成一种CaSO4•2H2O SEI膜。理论计算与实验验证表明,这种独特的正极SEI膜具备优良的电子绝缘性和离子导电性,可以有效地降低阻抗与活化能,抑制材料的溶解,从而提高电池倍率性能和循环性能。该研究成果近日在自然指数期刊《ACS Nan o》在线发表。中南大学材料科学与工程学院为第一单位,2018级硕士研究生郭珊和梁叔全教授分别为第一、第二作者,周江特聘教授为通讯作者。

团队还开发了一种碳包覆MnO正极材料,并通过电化学原位诱导产生Mn缺陷,从而将储锌电化学惰性的MnO转化为高储锌电化学活性的Mn0.610.39O(□指Mn缺陷)。通过实验及理论分析发现,这种含Mn缺陷的独特结构可为Zn2+离子提供了更多的扩散通道和储锌活性位点,实现锌离子的快速嵌入/脱嵌。这项工作从缺陷设计角度为高性能电极材料提供了一种新的思路。该研究成果近日在国际著名能源期刊《Energy Storage Materials》(IF=15.09)在线发表。中南大学材料科学与工程学院为第一单位,2017级硕士研究生朱楚钰、方国赵博士为共同第一作者,周江特聘教授、梁叔全教授为通讯作者。

此外,团队最近对隧道型二氧化锰正极材料进行体相结构调控并研究其储锌机制,发现氧缺陷的引入可以增加离子嵌入通道,提高放电容量及反应动力,该工作发表于Cell子刊《iScience》;从晶体结构和键连接角度揭示了不同钒酸银材料的储能行为,该工作发表于材料领域权威期刊《ActaMaterialia》;团队还制备了拥有超大层间距石墨烯包覆H11Al2V6O23.2纳米带新型正极材料,并研究了其高负载量的储锌性能,该工作发表于《Nano-Micro Letters》(IF=9.043);制备了具有三维结构的锌金属负极,发现三维负极具有均化电流,改善电场分布,实现均匀的锌沉积/剥离的优势,该工作发表于《Chemical Engineering Journal》(IF=8.355);系统研究了锌在不同集流体上的沉积行为,发现三维结构的泡沫铜具有最低的锌形核电位,有利于金属锌可逆的剥离/沉积行为,该工作发表于权威期刊《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》。

基于团队在水系锌离子电池领域取得一系列创新性贡献,英国皇家学会能源、环境、化学顶级旗舰期刊《Energy & Environmental Science》(IF=33.25)邀请团队撰写相关综述。近日研究生唐博雅、教授梁叔全、特聘教授周江等人撰写的《Issues and opportunities facing aqueous zinc-ion batteries》综述文章在线发表于该期刊,中南大学材料科学与工程学院为第一单位。该综述分析了水系锌离子电池电极材料和电解质优化中存在的系列问题,提出了性能提升相关策略。审稿人认为:该文章对后续水系锌离子电池的优化设计提供了新思路,对水系锌离子电池领域进一步研究具有重要参考价值。

(图为水系锌离子电池体系面临的挑战及优化策略)

近两年来,该团队在国家自然科学基金重点项目、面上、青年项目和学校创新驱动项目的持续支持下,在水系锌离子电池领域取得了多项重要研究成果,在Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater.,Adv. Funct. Mater.,ACS Nano,Acta Mater.等国际顶级权威期刊发表学术论文17篇,2019年新增ESI热点论文3篇,ESI高被引论文8篇。


图说中南

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