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化工与化学学院于淼教授团队在水系碘电池研究方面取得重要进展

2022年11月19日 新闻网 浏览次数:15

ku体育全媒体(张子帅 文/图)近日,我校化工与化学学院于淼教授团队与深圳校区黄燕教授团队在水系碘电池研究方面取得重要进展,研究成果以《长寿命高性能水系有机||碘二次电池的突破》(Development of long lifespan high-energy aqueous organic||iodine rechargeable batteries)为题发表在《自然通讯》(Nature Communications)上。团队首次提出水系碘正极串联电池概念,通过采用有机电极材料作为电池负极,在饱和氯化钾/碘混合溶液中构建了水系碘正极串联电池,为水系电池碘正极材料充放电过程中的穿梭效应问题提供有效解决方法。

近年来,基于氧化还原化学反应机制来获得具有高能量密度和高功率密度的可充电金属||卤素电池引起人们广泛关注。由于其具有储量丰富、理论容量高、理论氧化还原电位高的优势,碘成为有发展潜力的水系电池正极材料。此外,碘正极的I−/I0/I+固/液转化反应也避免其在其他嵌入/脱出机制材料中出现常见的电极结构退化问题。然而,金属负极的枝晶生长和腐蚀会导致出现电池容量的快速衰减和短路;碘阴离子与金属负极形成的非电化学活性产物也会导致出现碘正极不可逆程度增加和循环寿命缩短,产生类似锂/硫电池体系中的穿梭效应。

团队首次提出水系有机负极||碘串联电池的概念(如图),采用苝四甲酰二亚胺(PTCDI)作为负极活性材料、饱和氯化钾和碘混合溶液作为电解液。这些成分的使用可在一个电化学储能装置中实现接续发生两个可逆电化学反应。当以活性炭包覆的碘单质为正极材料组装成全电池后,电池体系可在40安/克的电流密度下获得900毫安时/克(以电极材料中的碘为基础)的初始放电容量和1.25伏的平均放电电压。此外,该文还报道了水系无正极碘基软包电池的组装和测试,该电池在80毫安的电流下经历900次循环后,放电容量仍能保持约70%。该研究解决了水系碘正极电池面临的主要问题,丰富了水系卤素电池的研究范围,并为基于硫电极的高性能电池体系的构建提供新研究思路。

我校化工与化学学院博士生张子帅为论文第一作者。阿德莱德大学化工与先进材料学院博士研究生朱奕龙为论文第二作者。于淼教授、阿德莱德大学焦研教授、黄燕教授为共同通讯作者。

论文链接:

水系PTCDI||I2串联电池的未循环状态(a)、第一步充电状态(b)和第二步充电状态(c)示意图


编辑:梁英爽