水系電池的案例
哈工大：水系堿性電池方面取得重大進(jìn)展！
采用該電解質(zhì)制備的柔性鎳鋅和鋅空氣電池都展現(xiàn)出了最長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性能，循環(huán)次數(shù)/時(shí)間比目前所有文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果高出8-40倍。
上欄：聚丙烯酸鈉水凝膠電解質(zhì)示意圖及柔性堿性鎳鋅（左）和鋅空電池（右）的循環(huán)穩(wěn)定性比較；下欄：本征自愈合堿性鎳鋅電池愈合前后圖；
此外，聚丙烯酸鈉水凝膠分子鏈通過鐵離子交聯(lián)以促進(jìn)整體網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重建。這些非共價(jià)交聯(lián)在水凝膠被切斷時(shí)重新連接受損表面，為電池實(shí)現(xiàn)固有的自我恢復(fù)能力提供最終解決方案。因此，使用該水凝膠電解質(zhì)的鎳鋅電池可自主自愈，在4次斷裂/愈合循環(huán)后保留超過87％的容量。
黃燕教授的獨(dú)創(chuàng)性成果大大解決了水系堿性電池的循環(huán)穩(wěn)定性和本征自愈合問題，并且在這些指標(biāo)上達(dá)到了一個(gè)新的高度。
展開 『水系鋅電』中南大學(xué)潘安強(qiáng)/常智教授團(tuán)隊(duì)Small：Maxwell極化電場(chǎng)優(yōu)化鋅離子傳輸行為和溶劑化結(jié)構(gòu)助力高性能水系鋅離子電池
組裝的水系鋅離子電池(包括：
NH
4
V
4
O
10
||Zn
;
MnO
2
||Zn
)都表現(xiàn)出明顯提升的電池性能。值得注意地，組裝的錳基軟包電池，在極化電場(chǎng)作用下，即使在
高面容量(10 mAh cm-2)、低N/P容量比(7.5：1)的嚴(yán)苛條件下，仍能
穩(wěn)定循環(huán)150圈并保持有87.9%的容量。
這種基于Maxwell極化電場(chǎng)的策略同樣有潛力適用在其他二次金屬電池上。
文獻(xiàn)信息
Aligned Dipoles Induced Electric-Field Promoting Zinc-Ion De-Solvation toward Highly Stable Dendrite-Free Zinc-Metal Batteries
Shuang Zhou, Xinyu Meng, Chunyan Fu, Dongming Xu, Jianwen Li, Qiong He, Shangyong Lin, Shuquan Liang, Zhi Chang,* and Anqiang Pan*
Small
https://doi.org/10.1002/smll.202303457
文章來源：水系儲(chǔ)能
展開 東華大學(xué)武培怡/焦玉聰團(tuán)隊(duì)《Small》：電解液添加劑助力水系鋅離子電池實(shí)現(xiàn)寬溫度范圍內(nèi)無枝晶生長(zhǎng)
水系鋅離子電池由于其高安全性和低成本的特點(diǎn)，在新一代可穿戴電池領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。然而傳統(tǒng)的水系鋅離子電池中枝晶生長(zhǎng)和副反應(yīng)問題嚴(yán)重影響了鋅負(fù)極的可逆性，大大降低了電池的循環(huán)壽命。另外，水系電解液較高的凝固點(diǎn)也限制了其在低溫下的進(jìn)一步應(yīng)用。
基于上述背景，東華大學(xué)武培怡團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種將低成本的二甲基亞砜（DMSO）作為水系鋅離子電池電解液添加劑的策略，制備了ZnSO4-DMSO/H2O混合電解液。DMSO的加入重構(gòu)了Zn2+溶劑化結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了Zn2+的沉積動(dòng)力學(xué)，有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋅枝晶和副反應(yīng)抑制。同時(shí)，DMSO通過調(diào)節(jié)水的氫鍵降低了電解液的冰點(diǎn)，使鋅離子電池在寬溫度范圍內(nèi)均表現(xiàn)出優(yōu)異的性能：對(duì)稱Zn/Zn電池分別在20℃和-20℃能夠穩(wěn)定電鍍/剝離超過2100 h和1200 h，Zn/MnO2電池在20℃和-20℃能夠分別穩(wěn)定充放電超過3000個(gè)循環(huán)和 300個(gè)循環(huán)。
圖1. DMSO添加前后Zn2+溶劑化結(jié)構(gòu)及沉積行為的相應(yīng)示意圖。
作者通過紅外、拉曼光譜及核磁共振譜詳細(xì)表征了DMSO添加劑對(duì)混合電解液氫鍵和Zn2+溶劑化結(jié)構(gòu)的影響：1）體系中的氫鍵重構(gòu)，原H2O與H2O之間的氫鍵（H-O····H-O）被破環(huán)，DMSO與H2O之間氫鍵（S=O····H-O）形成，有利于降低電解液的冰點(diǎn)，也可以減少電化學(xué)循環(huán)過程中由水引起的一系列的副反應(yīng)；2）與H2O相比，在ZnSO4存在時(shí)DMSO加入后1H更加明顯的位移證實(shí)了DMSO對(duì)Zn2+的溶劑化作用的影響。
圖2.
展開 中南大學(xué)梁叔全、周江ACS Energy Letters綜述：水系鋅離子電池最新進(jìn)展
研究興趣為鋰(鈉)離子電池、水系鋅離子電池、超級(jí)電容器等。以一作或通訊作者在Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater., ACS Energy Lett., Nano Energy, Adv. Sci., Energy Storage Mater.等國(guó)際期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇。
河北大學(xué)ACS Energy Letters：可充水系Zn-V2O5電池
【引言】
可充水系鋅電池在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域（如智能電網(wǎng)）中展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。這得益于水系電解液具有高的安全性、良好的環(huán)境兼容性和優(yōu)異的離子電導(dǎo)率；此外，鋅資源豐富、分布廣泛、化學(xué)穩(wěn)定性高，可直接用作負(fù)極材料。然而，鋅離子電荷高且原子量大，在常規(guī)正極晶體結(jié)構(gòu)中的脫嵌動(dòng)力學(xué)緩慢，因此急需開發(fā)新型高性能儲(chǔ)鋅正極材料。層狀五氧化二釩（V2O5）具有廉價(jià)易得、理論容量高（589 mAh/g）等特點(diǎn)，被認(rèn)為是一種有應(yīng)用前景的儲(chǔ)鋅正極。然而，釩基氧化物在低濃度水系電解液中一般面臨著循環(huán)穩(wěn)定性差和倍率不佳的問題。此外，盡管V2O5在鋰離子電池中已被廣泛研究且反應(yīng)機(jī)理明確，但是多價(jià)態(tài)陽離子在其晶體結(jié)構(gòu)中的脫嵌行為相對(duì)復(fù)雜，其儲(chǔ)鋅機(jī)理有待闡明。
【成果簡(jiǎn)介】
河北大學(xué)張寧博士（通訊作者）等研究人員在美國(guó)化學(xué)會(huì)能源旗艦刊ACS Energy Letters (IF≈11) 上在線發(fā)表了題為“Rechargeable Aqueous Zn-V2O5 Battery with High Energy Density and Long Cycle Life”的文章。利用商業(yè)化的V2O5為正極，金屬鋅為負(fù)極，Zn(CF3SO3)2水溶液為電解液，構(gòu)建了高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命的Zn-V2O5電池體系。通過電化學(xué)測(cè)試、TEM表征和XPS表征等分析方法，闡明了V2O5正極的儲(chǔ)鋅機(jī)理；通過使用所優(yōu)化的高濃度水系電解液，顯著提升了Zn-V2O5電池的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1 可充水系Zn-V2O5電池的反應(yīng)機(jī)理和循環(huán)穩(wěn)定性。
（a）在3 M Zn(CF3SO3)2水系電解液中，電池工作原理示意圖；（b）Zn-V2O5電池在0.2，0.5和1.0 mA/g的電流密度下的循環(huán)性能圖。
圖2：可充水系Zn-V2O5電池電化學(xué)性能表征。
展開 學(xué)術(shù)干貨|液流電池原理、優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用
目前,液流電池普遍應(yīng)用的條件尚不具備,對(duì)許多問題尚需進(jìn)行深入的研究。循環(huán)伏安測(cè)試表明:石墨氈具有良好導(dǎo)電性、機(jī)械均一性、電化學(xué)活性、耐酸且耐強(qiáng)氧化性,是一種較好的電極材料,與石墨棒和各種粉體材料相比,更適合用于液流電池的研究和應(yīng)用。[1]
圖2 液流電池工作原理圖
2 液流電池的種類
根據(jù)電解液的不同，液流電池分為水系和有機(jī)系液流電池。下面對(duì)這兩類液流電池進(jìn)行簡(jiǎn)單地介紹。
2.1 水系液流電池
在水系液流電池中，氧化還原活性物質(zhì)溶解在水溶液里。因此，水系液流電池工作電位窗口一般很窄（小于2V）。水系液流電池最早被廣泛研究，世界范圍內(nèi)有許多大型示范性電池系統(tǒng)。其中包括鐵/鉻液流電池、全釩液流電池、溴/多硫化物液流電池以及溴/醌液流電池等。
表1 水系液流電池對(duì)比表
1974年，美國(guó)航天局（NASA）的Thaller首次提出鐵/鉻液流電池。其正負(fù)極電解液中的氧化還原電對(duì)分別為Fe2+/3+和Cr2+/3+。電池的工作電壓在0.90~1.20 V，這類電池具有大約 15 W·h/kg 的比能量。2014年Ener Vault公司展示了1 MW·h/250kW的電池系統(tǒng)。但是兩個(gè)問題制約著它的發(fā)展：首先是鉻半電池中鉻氧化還原電對(duì)的可逆性差，影響了電池的壽命和性能；另外正負(fù)極電解液通過隔膜擴(kuò)散滲透，導(dǎo)致其交叉污染，從而增大了電池的自放電，降低了電池的庫(kù)侖效率。2014年，哈佛大學(xué)的Aziz等報(bào)道了一類非金屬溴/醌（bromine-quinone）液流電池。這類電池利用Br2/Br?和蒽醌磺酸鹽（9,10-anthraquinone-2, 7-disulphonic acid, AQDS）作為正負(fù)極氧化還原對(duì)，開路電壓為0.86 V。由于其氧化還原反應(yīng)的電子數(shù)是2，并且活性物質(zhì)的濃度比較高，溴/醌液流電池的能量密度接近釩電池。
展開 武大&華科《AFM》：S與Se協(xié)同效應(yīng)增強(qiáng)水系鋅金屬電池性能！
在這方面，含水鋅金屬電池是最有吸引力的候選電池之一，因?yàn)殇\具有理論容量高、導(dǎo)電性好、電位適當(dāng)和本質(zhì)安全的優(yōu)點(diǎn)。由于水電解質(zhì)的窗口狹窄，水基金屬電池的能量密度遠(yuǎn)低于非水電池；盡管如此，一些開創(chuàng)性的工作已經(jīng)通過使用“鹽中水”電解質(zhì)成功地拓寬了水電解質(zhì)的窗口。因此，開發(fā)具有高容量和操作潛力的先進(jìn)負(fù)極有望提高其能量密度。另一方面，開發(fā)高容量的鋅水電池正極材料有望提高其能量密度，但也具有很大的挑戰(zhàn)性。
來自武漢大學(xué)汪的華，華中科技大學(xué)蔣凱團(tuán)隊(duì)提出并系統(tǒng)研
究了三種硒硫固溶體及其復(fù)合物(SeS14@3D-NPCF、SeS5.76@3D-NPCF和SeS2.46@3D-NPCF)。由于硒的引入及其與硫的協(xié)同效應(yīng)，它們的物理和電化學(xué)性質(zhì)受到影響。特別是，通過優(yōu)化這些復(fù)合材料中的硒含量，SeS5.76@3D-NPCF顯示出1222 mAh/g的容量和0.71V(0.2A/g)的穩(wěn)定電壓，達(dá)到867.6 Wh/kg(基于SeS5.76)的超高能量密度，5A/g時(shí)713 mAh/g的卓越額定容量，以及500次循環(huán)后75%容量保持率的穩(wěn)定循環(huán)。此外，鋅的儲(chǔ)存動(dòng)力學(xué)由放電過程決定，在此過程中Se5.76@3D-NPCF轉(zhuǎn)化為硒化鋅和硫化鋅。更重要的是，理論計(jì)算表明Se可以調(diào)整S的電子密度分布、能帶結(jié)構(gòu)和反應(yīng)能，從而提高其導(dǎo)電性和反應(yīng)性，進(jìn)而促進(jìn)與Zn的電化學(xué)反應(yīng)。這項(xiàng)工作探索了高性能轉(zhuǎn)換負(fù)極材料的水鋅金屬電池，并提出了一個(gè)高效策略用以改變其內(nèi)在性質(zhì)。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202101237
圖1|a)光學(xué)照片，b)電導(dǎo)率，c)XRD。
展開 Nature子刊：崔屹團(tuán)隊(duì)發(fā)明可循環(huán)充電超萬次錳氫氣電池！
崔屹教授接受美國(guó)中文網(wǎng)采訪（美國(guó)中文網(wǎng)官子俊攝）
崔屹（左）與學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室
研究人員認(rèn)為，和之前的各種電池體系相比，這種M-H電池至少具有以下7大優(yōu)勢(shì)：
1）這種M-H電池是在放電狀態(tài)下組裝，正極材料只有碳帶，不需要MnO2，減少制造工藝和成本。
2）常規(guī)水系電池中令人頭疼的Mn2+溶解問題，反而有助于電池穩(wěn)定性和循環(huán)性。
3）雙電子反應(yīng)賦予Mn-H電池高達(dá)616 mAh g-1的理論容量，目前常規(guī)的單電子反應(yīng)Mn基水系電池的理論容量才308 mAh g-1。
4）采用活性Pt/C催化劑修飾的高可逆氫電極作為負(fù)極，解決了常規(guī)負(fù)極循環(huán)差的問題。
5）正負(fù)極快速的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)確保電池高比率放電能力。
6）Mn2+在水中的高溶解度賦予其高的理論能量密度。
7）低成本原材料，確保電池體系可以規(guī)?；a(chǎn)。
雖然如此，該電池如果想要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模儲(chǔ)能實(shí)際應(yīng)用，至少還需要解決三大問題：1）采用納米結(jié)構(gòu)的碳材料；2）采用更廉價(jià)的HER/HOR催化劑；3）自放電性能優(yōu)化。
展開 Mater: 用于含水電池的高度可逆的鋅金屬陽極
【引言】
金屬鋅（Zn）因其理論容量高（820 mAhg-1），電位低（相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極為-0.762
V），資源豐富，低毒性被認(rèn)為是水系電池的理想負(fù)極材料。然而，堿性電解質(zhì)中的鋅負(fù)極持續(xù)遭受由其沉積/溶解的低庫(kù)侖效率（CE），循環(huán)過程中的樹枝狀晶體生長(zhǎng)，持續(xù)的水消耗和不可逆的副產(chǎn)物如氫氧化鋅或鋅酸鹽引起的嚴(yán)重不可逆性問題。雖然中性電解質(zhì)中鋅枝晶的形成可以被最小化，但其低庫(kù)侖效率仍然是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在大多數(shù)之前的報(bào)道中，必須使用高充電/放電速率來減少可逆性對(duì)循環(huán)壽命的影響，并且經(jīng)常需要定期補(bǔ)充電解質(zhì)以補(bǔ)償水分解。鋅還必須大量過量使用以補(bǔ)償其副反應(yīng)的消耗量，這導(dǎo)致其理論比容量未被充分利用。因此，鋅負(fù)極的開發(fā)仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)。
【成果簡(jiǎn)介】
近日，美國(guó)馬里蘭大學(xué)的王春生教授聯(lián)合美國(guó)陸軍實(shí)驗(yàn)室許康研究員（共同通訊作者）報(bào)道了高濃度的Zn離子電解質(zhì)（以下稱為HCZE）。王飛博士（自然材料文章的第一作者）利用高濃度的基質(zhì)電解液中（1 mol Zn(TFSI)2 + 20 mol LiTFSI），Zn負(fù)極的庫(kù)倫效率達(dá)到接近100%，意味著非常好的可逆性。以Zn為負(fù)極，LiMn2O4或O2為正極進(jìn)行電池測(cè)試，使Zn電池具有前所未有的可逆性。前者功率為180Whkg-1，4000次循環(huán)下仍保持80％的容量，而后者的輸出功率為300 W h kg-1，循環(huán)次數(shù)大于200次。結(jié)構(gòu)和光譜研究結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬表明，這種優(yōu)異的Zn可逆性源于高濃度含水電解質(zhì)中Zn2+獨(dú)特的溶劑化結(jié)構(gòu)。由于TFSI陰離子的高濃度，迫使它們進(jìn)入Zn2+附近，從而形成緊密離子對(duì) (Zn-TFSI)+，并顯著抑制(Zn-(H2O)6)2+的存在。這一機(jī)理為高效利用鋅提供了一條新的途徑，可用于高安全性的先進(jìn)能源儲(chǔ)存應(yīng)用，并可能用于其他多價(jià)陽離子電池，這些多價(jià)陽離子通常具有較差的可逆性和緩慢的動(dòng)力學(xué)問題。
展開 新型水系混合電容器：半分鐘之內(nèi)充好電！
（圖片來源：KAIST）
這種先進(jìn)的裝置使用低功耗充電系統(tǒng)，例如USB開關(guān)充電器或者柔性光伏電池，可以在20到30秒時(shí)間內(nèi)充滿電。
（圖片來源：KAIST）
相比于傳統(tǒng)的水系電池，這種先進(jìn)的水系混合能量裝置的能量密度要高百倍，并可以實(shí)現(xiàn)快速充電。更進(jìn)一步說，在高的充放電電流下，該裝置容量的容量保持在100%，且具有很高的穩(wěn)定性。
價(jià)值
Kang 教授表示：“這種環(huán)境友好的技術(shù)制造起來很簡(jiǎn)單，而且高度實(shí)用。特別是，相比于現(xiàn)有技術(shù)，它的高容量和高穩(wěn)定性，將有利于水系電容的商業(yè)化。這個(gè)裝置可以使用低功耗的充電系統(tǒng)快速充電，從而可應(yīng)用于便攜式電子裝置?！?/span>
展開 華北理工《JMST》封面：全釩液流電池金屬和金屬氧化物催化劑進(jìn)展
主要致力于全釩液流電池、水系鋅離子電池、水系鋰離子電池等研究。主持國(guó)家自科、河北省杰青、河北省教育廳青年拔尖人才項(xiàng)目等多項(xiàng)課題。以第一或通訊作者在J. Energy Chem.，J. Mater. Sci. Technol.，無機(jī)材料學(xué)報(bào)，ACS Nano，Chem. Eng. J.，Carbon，J. Colloid. Interf. Sci.，Electrochim. Acta等國(guó)際SCI期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文70余篇，一區(qū)論文40余篇。榮獲2020年度中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
本文來自“JMST”。
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馬里蘭大學(xué)胡良兵ACS Nano：外延連接的碳納米管薄膜在水性電池集流器的應(yīng)用
圖 5 W-CNT薄膜在‘水中鹽’水系電池中的性能圖
（a）在10 mV/s下W-CNT薄膜電極的CV曲線圖；
（b）第5圈，電池的充放電曲線圖；
（c）W-CNT薄膜集流體，LMO/MS全電池的循環(huán)性能圖。
【小結(jié)】
本文找到了一種“外延焊接”工藝，利用薄的外延石墨層將相鄰的碳納米管連接在一起，形成高度結(jié)晶和互連的碳納米管，改善了電導(dǎo)率和機(jī)械性能，并且不犧牲CNT的結(jié)構(gòu)和純度。W-CNT薄膜具有高導(dǎo)電性（?1500 S/cm），機(jī)械強(qiáng)度高（?120 MPa），在酸性/堿性溶液中，具有化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性，具有高性能集流體的應(yīng)用潛力。在“外延焊接”工藝中，聚合物溶液涂層和高溫退火都是非常簡(jiǎn)單工藝，可以在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用和碳納米結(jié)構(gòu)之間的相互連接。
文獻(xiàn)鏈接：Epitaxial Welding of Carbon Nanotube Networks for Aqueous Battery Current Collectors（ACS Nano, 2018, DOI: 10.1021/acsnano.7b08584）。
展開 香港城市大學(xué)支春義教授：基于聚丙烯酸鈉/纖維素雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠的超長(zhǎng)拉伸鋅-空氣電池
(n) 兩塊鋅-空氣電池串聯(lián)點(diǎn)亮印有“ZAB”字樣的冷光片。
C. 纖維結(jié)構(gòu)，500 % 可拉伸鋅-空氣電池
圖4.基于聚丙烯酸鈉/纖維素雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠的纖維結(jié)構(gòu)可拉伸鋅-空氣電池：(a) 結(jié)構(gòu)示意圖。(b) 不同形變條件下的照片以及最大輸出功率。 (c) 不同形變條件下的充放電曲線。原始以及500 % 拉伸條件下的(d)充放電曲線，(e) 輸出功率曲線以及 (f)最大輸出功率. (g) 在500 % 拉伸條件下的穩(wěn)定性測(cè)試表征。 (h) 纖維狀鋅-空氣電池的防水性能表征。(n) 四條鋅-空氣電池集成到腕帶中，為智能手表供電。
利用雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，聚丙烯酸鈉作為基體，纖維素作為增強(qiáng)體，制備了耐堿、超長(zhǎng)拉伸鋅-空氣電池。聚丙烯酸鈉和纖維素本身都具有很好的耐堿作用，用其制備的雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠也具有很好的耐堿性能。聚丙烯酸鈉和纖維素的交聯(lián)作用極大地增強(qiáng)了雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠的拉伸性能?；诰郾┧徕c/纖維素網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠，采用波浪形鋅電極和空氣電極，制備的平面電極最大可拉伸800 %。采用波浪形空氣電極和鋅彈簧電極，制備的纖維狀電極最大可拉伸至500 %。另外，我們開發(fā)的聚丙烯酸鈉/纖維素網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠也可以用于其他堿性電解質(zhì)儲(chǔ)能器件。
作者介紹
通訊作者：支春義副教授
香港城市大學(xué)材料科學(xué)及工程學(xué)系副教授。2004年在中科院物理所獲得博士學(xué)位，期間從事BCN納米結(jié)構(gòu)的性能研究。隨后到日本國(guó)立材料研究所（NIMS）從事研究工作，歷任博士后研究員、ICYS研究員和主任研究員，2012年加入香港城市大學(xué)。支春義教授的研究領(lǐng)域包括高性能水系電池、可穿戴儲(chǔ)能器件等。
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在過去的一年里，胡老師在固態(tài)電解質(zhì)[11]、鋰金屬負(fù)極[12, 13]、鈉離子電池[14]等研究上取得了不錯(cuò)的成果，尤其是木頭納米纖維素在電池及催化領(lǐng)域的應(yīng)用更是讓人耳目一新。研究人員利用靜電作用將導(dǎo)電炭黑吸附在纖維素納米纖維上構(gòu)成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中納米孔提供離子導(dǎo)電路徑。這種電極結(jié)構(gòu)用于磷酸鐵鋰等正極材料，可以大大提高電極的面容量、提高電池的能量密度。[15]這種納米纖維不僅可以制作厚電極，還可以用作水系電池的集流體。研究人員將碳納米管與纖維素納米纖維混合，碳納米管提供了優(yōu)異的導(dǎo)電性，與纖維素納米纖維的復(fù)合又保證了結(jié)構(gòu)的高機(jī)械強(qiáng)度。通過調(diào)節(jié)碳納米管與纖維素納米纖維的比例，可以做成很薄的集流體，并且具有高導(dǎo)電性、高機(jī)械強(qiáng)度。[16]不僅木頭纖維素可以做電池，細(xì)菌纖維素同樣可以用于電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。研究人員利用細(xì)菌纖維素膜作模板，浸入LLZO前驅(qū)體溶液中，LLZO負(fù)載在細(xì)菌纖維素骨架網(wǎng)絡(luò)中，經(jīng)過煅燒后，細(xì)菌纖維素被移除，剩下了LLZO骨架膜，然后與聚合物電解質(zhì)PEO-LiTFSI混合，做成有機(jī)無機(jī)混合的固態(tài)電解質(zhì)。有序的LLZO網(wǎng)絡(luò)保證了快速的鋰離子傳導(dǎo)，與有機(jī)聚合物復(fù)合保證了結(jié)構(gòu)的彈性，大大提高了固態(tài)電解質(zhì)的性能。[17]
木材結(jié)構(gòu)是一種高效的離子、氣體傳輸系統(tǒng)，將催化劑均勻地負(fù)載在孔道結(jié)構(gòu)中，可以用作各種催化領(lǐng)域。[18]用于鋰空電池正極結(jié)構(gòu)中，其獨(dú)特的孔道結(jié)構(gòu)可以保證氧氣或者二氧化碳?xì)怏w的傳輸，而且有利于電解液的浸潤(rùn)，在微孔道的多孔壁上形成了空氣、電解液、催化劑的三相活性位點(diǎn)，促進(jìn)了電子、離子的傳輸，加快了電化學(xué)反應(yīng)。[19, 20]
胡良兵老師致力于新材料新技術(shù)的開發(fā)與研究，但能在普通的木頭上做出這么多的成果，絕非偶然，這離不開胡老師兢兢業(yè)業(yè)的辛苦工作，但這些成果也并非是一味的埋頭苦干就能做出來的，還需要有一定的創(chuàng)新思維。
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在這里，研究者以FL分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，研究了室溫下無催化劑的碳基電極上酮和醇，在流電池相關(guān)速率和電位下的可逆電化學(xué)轉(zhuǎn)化。FL的剛性П-共軛鍵結(jié)構(gòu)，顯示出在延長(zhǎng)循環(huán)和提高溫度(50℃)下，在水基RFB中提供長(zhǎng)期穩(wěn)定。這些結(jié)果擴(kuò)大了范圍，包括可逆的酮到醇的轉(zhuǎn)化，但也表明了鑒別其他非典型有機(jī)氧化還原化合物的潛力。
圖2 允許水介質(zhì)中FL-OH排放的化學(xué)反應(yīng)平衡假說的驗(yàn)證。
圖3 高濃度電池示范。
圖4 提出的機(jī)理，DFT計(jì)算和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
在這里，研究者展示了通過分子工程材料，來追求和開發(fā)加速氧化還原反應(yīng)的能力，否則這些材料不適合流電池。這些結(jié)果表明，其有潛力識(shí)別其他非典型有機(jī)氧化還原分子的能量?jī)?chǔ)存。（文：水生）
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