學(xué)院發(fā)表Angewandte Chemie International Edition封面文章
? ? ? 作為一種能滿足規(guī)模儲能需求的新型電池體系，可充電水系金屬離子電池因具有高安全性，低成本和環(huán)境友好等優(yōu)勢，近二十年來在能量存儲領(lǐng)域引起了較為廣泛的關(guān)注。但受限于電解液電壓窗口較窄、電極材料溶解性等問題，已報道的可用于水體系的電極材料數(shù)量依然有限，因此，在開發(fā)高性能電池體系的同時，如何擴大電極材料的適用性以滿足實際應(yīng)用需求是目前研究的一個重大挑戰(zhàn)。
Angewandte Chemie International Edition, 03 May 2018
? ? ? 北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授牽頭的清潔能源中心的李銳課題組最近設(shè)計了一種具有高工作電壓及倍率性能的水系K-Na混合離子電池。該電池由鉀基普魯士藍（K2FeFe(CN)6）正極材料和碳包覆的磷酸鈦鈉（NTP / C）負極材料組成，兩種電極材料均表現(xiàn)出明顯的陽離子選擇性——前者在充放電過程中優(yōu)先脫嵌半徑較大的K+，后者則對Na+表現(xiàn)出單一選擇性，研究還發(fā)現(xiàn)作為負極材料的NTP/C還具有超快的鈉離子傳導(dǎo)特性。將上述兩種具有獨特離子選擇性通道和快速傳輸性能的材料組合后得到的混合離子電池表現(xiàn)出了優(yōu)越的性能，0.5 C電流密度下，按正極材料活性物質(zhì)質(zhì)量計算，容量可達160 mAh g-1。這一電池還表現(xiàn)出可觀的倍率性能和循環(huán)性能，電流密度高達60 C條件下，循環(huán)1000圈后仍具有94.3%的保持率。同時，隨著工作電壓的有效提高，該電池還實現(xiàn)了可與鉛酸、鎳鎘和鎳氫電池相媲美的高能量密度—基于活性電極材料總質(zhì)量達到69.6 Wh kg-1。與此前基于堿金屬（Li/Na/K）的水系混合離子電池性能比較后發(fā)現(xiàn)，該電池體系在工作電壓、能量密度、倍率性能等多方面均具有較好的表現(xiàn)。此外，這種將具有不同離子選擇性的電極材料結(jié)合的混合離子電池設(shè)計思路也為擴大水系二次離子電池適用性提供了很好的借鑒。
混合離子電池倍率性能及原理示意圖
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與已報道混合離子電池性能比較圖
? ? ? 該研究成果近期發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》，題為 “Engineering Fast Ion Conduction and Selective Cation Channels for High-Rate and High-Voltage Hybrid Aqueous Battery” （Angew. Chem. Int. Ed. 2018. DOI:10.1002/anie.201800479）的封面文章，被ChemistryViews.org作為亮點Highlight推薦。該工作由新材料學(xué)院李銳副研究員、中科院物理所薛面起研究員指導(dǎo)，16級碩士研究生劉春怡完成。
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