李先锋、袁治章等制备出高性能碱性锌铁液流电池离子传导膜

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近日，我所储能技术研究部（DNL17）李先锋研究员、袁治章副研究员团队在碱性锌铁液流电池离子传导膜方面取得新进展，制备出高性能碱性锌铁液流电池离子传导膜。
　　储能技术是构建清洁、低碳、安全、高效能源体系的关键技术支撑。碱性锌铁液流电池储能技术具有成本低、安全性高、开路电压高、环境友好等特点，在分布式储能等领域具有很好的应用前景。目前，碱性锌铁液流电池仍存在由于锌枝晶及锌累积带来的稳定性等问题；此外，该电池运行工作电流相对较低（即电池功率密度低），导致系统成本偏高。
　　近年来，该团队通过离子传导膜的结构设计，通过调控离子传导膜的荷电特性（Nat. Commun.，2018）、导热特性（Angew. Chem. Int. Ed.，2020）、机械强度（iScience，2018）等，实现了锌的均匀沉积，大幅提高了电池的循环寿命。

　　本工作中，为提高碱性锌铁液流电池工作电流密度，团队将水滑石纳米材料（LDHs）引入到碱性锌铁液流电池中，设计制备出高性能的水滑石复合离子传导膜。通过有效控制水滑石层间距大小，并利用水滑石层间丰富的氢键网络，团队提高了膜离子选择性和离子传导性。以水滑石复合离子传导膜组装的碱性锌铁液流电池，在200mA/cm2的工作电流密度条件下能量效率达到82%。此外，团队还与中科院武汉物理与数学研究所郑安民研究员合作，通过AIMD分子动力学模拟，揭示了复合膜中OH-以Grotthuss机理在LDHs层间进行快速传递的机理。该研究结果为高性能离子传导膜的设计提供了新的思路。
　　相关成果发表以题为“Layered Double Hydroxide Membrane with High Hydroxide Conductivity and Ion Selectivity for Energy Storage Device”于近日发表在《自然-通讯》（Nat. Commun.）上。该工作的第一作者是我所DNL17的2016级博士研究生胡静。该工作得到国家自然科学基金、中国科学院电化学工程实验室、中国科学院青年创新促进会、中国科学院交叉创新团队等项目的支持。（文/图 胡静）
　　文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-23721-9


       文章来源：大连化物所
      李先锋，男，1979年7月生于山东沂水，中国科学院大连化学物理研究所，研究员，博士生导师。中组部“万人计划”青年拔尖人才，中科院卓越青年科学家获得者，辽宁省百千万人才工程“百层次”人才。大连化学物理研究所储能技术研究部部长，电池材料与关键技术研究组长。长期从事大规模电化学储能技术的研究开发工作。成果荣获包括“2015年国家技术发明二等奖”（排名3），中国科学院杰出科技成就奖（突出贡献者，排名2）、 “辽宁省技术发明二等奖”（排名第2）等科技奖励。获 “中国科学院卢嘉锡青年人才奖”，“第三届“中科院沈阳分院优秀青年科技人才奖”，“辽宁省青年科技奖”，等奖励。入选中组部青年拔尖人才计划，中国科学院卓越青年科学家项目、大连市杰出青年科技人才等。为首届中科院青年创新促进会会员，中国膜工业协会电驱动膜专业委员会委员，中国材料研究学会青年工作委员会理事。迄今为止共发表SCI论文100余篇，其中Energy & Environmental Science 6篇，Angew. Chem. Int. Ed 1篇， Advanced Functional Materials 2篇，Nano energy 1篇。迄今为止，论文他引次数2500余次， H 因子30。2015年开始担任“Scientific Reports”杂志编委。申报发明专利100余项，国际专利6项。授权20余项。作为负责人主持国家科技部973计划课题、国家自然科学基金，中组部青年拔尖人才计划项目、中科院重要方向性项目等多项项目与课题。