开展储能关键技术和材料研发、强化储能安全技术研究、坚持储能技术多元化发展是国家推进储能核心技术自主化发展的必由之路，也是实现双碳目标、推动我省新旧动能转换工作在新能源新材料产业高质量发展的战略性部署。为此，山东省高校创新人才引育计划团队在储能技术和关键材料创新研究方面开展了一系列工作，近期，团队在《Advanced Energy Materials》、《Angewandte Chemie》发表了最新研究成果。
研究成果一：
创新团队负责人杨凯教授、胡媛媛副教授在《Advanced Energy Materials》上发表了题为“Component Fluctuation Modulated Gelation Effect Enable Temperature Adaptability in Zinc Ion Batteries”的研究论文。化学院21级硕士研究生季善果为该论文的第一作者，杨凯教授、胡媛媛教授以及烟台大学孙建超副教授为该文的通讯作者，我校为第一通讯单位。
在宽温度范围内，活性的水分子和缓慢的离子动力学行为是水系锌离子电池性能逐渐恶化的主要原因，即使在水凝胶电解质组装的固态电池体系中也是如此。针对该突出问题，本研究采用两性离子和离液性阴离子制备水凝胶电解质，通过组分变动调节Zn2+溶剂化结构，实现体系中水活性限制与Zn2+动力学行为保持之间的平衡。理论计算和实验结果表明，随着聚合物含量的增加，聚合物官能团取代Zn2+溶剂化壳中的结合水的效率更高，从而减轻了水相关的寄生反应。此外，具有丰富两性离子基团的水凝胶不仅可以与H2O相互作用限制水解，还可以构建独立的离子迁移通道，促进Zn2+的均匀快速迁移。结果表明，在25 °C和-20 °C下，水凝胶电解质使Zn//Zn对称电池分别可稳定进行1050 h和3000 h的沉积/剥离。全电池在25 °C下超过2000次循环的容量保持率为98.8%，在-20 °C下稳定循环600次。
图1. 研究工作图示摘要
该研究得到了国家自然科学基金、山东省泰山人才工程、山东省高校青创引育计划、山东省自然科学基金等项目的支持。
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.
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202400063
研究成果二：
创新团队负责人杨凯教授在《Angewandte Chemie》上发表了题为“Active Diluent-Anion Synergy Strategy Regulating Nonflammable Electrolytes for High-Efficiency Li Metal Batteries”的研究论文。化学学院杨凯教授、五邑大学邓魁荣副教授、南开大学严振华副研究员为该文的通讯作者。
由高比容量锂金属负极和高压富镍正极组成的锂金属电池具有超高的理论能量密度(~500 Wh kg−1)，是下一代二次电池的理想选择。针对传统易燃碳酸酯电解液电化学稳定窗口窄，与金属锂负极匹配存在的相容性差、SEI膜不稳定、枝晶生长等问题，本研究采用具有高LiF生成活性的1,2-二氟苯(DFB)作为活性稀释剂来调控以N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)为阻燃性溶剂的局部高浓度电解液(LHCE-DFB)。DFB能够与双氟磺酰亚胺(FSI-)阴离子协同构建坚固的富含LiF固体电解质界面膜(SEI)和正极电解质界面膜(CEI)，增强了锂金属负极和NCM811正极的界面稳定性。相比于常规局部高浓度电解液易燃的醚类和碳酸酯溶剂，DMAC具有廉价、阻燃性能良好的优点，DMAC有效提高了LHCE-DFB的阻燃性能，LHCE-DFB的自熄灭时间为0 s g−1。DFB的强稀释作用使LHCE-DFB粘度显著降低(59.4 mPa s)，离子电导率显著提高(1.69 mS cm−1)，同时浸润性也得到显著提高。LHCE-DFB具有高电化学稳定窗口(4.96 V)。该研究工作为安全高能电池电解液的设计提供了一种有前景且广泛适用的活性稀释剂-阴离子协同策略。
图2. 研究工作图示摘要
该研究得到了国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、山东省泰山人才工程、山东省高校青创引育计划等项目的支持。
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), **********.
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202317176
编 辑：万 千
审 核：贾 波
