阎兴斌课题组：可充电水系锌离子电池研究取得新进展

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由于具有成本低、环境友好、安全性高、可快速充电等特性，新型可充电水系锌离子电池近年来成为电化学储能领域的研究热点。然而，高倍率长循环寿命正极材料的缺乏和负极锌枝晶的形成限制了其进一步的发展。因此，探索高电压、高容量且结构稳定的正极材料，寻找抑制锌枝晶生长的策略，以及理解锌离子储能过程的电极反应动力学对于推动新型可充电水系锌离子电池商业化发展至关重要。

图1. 可充电水系锌/钠锰氧化物电池的原理和性能展示

　　中国科学院兰州化学物理研究所低维材料与化学储能阎兴斌课题组研究人员通过熔融盐法制备了具有片层状结构的水钠锰矿纳米片，将其应用于可充电水系锌离子电池正极。研究发现，这种水钠锰矿特有的层间钠离子和层间水可以促进锌离子的扩散；通过对电极反应过程储能机制的分析发现，使用含有硫酸钠添加剂的混合硫酸锌水系电解液，在电极循环过程中，钠离子可以在负极形成静电保护层，缓解了锌枝晶的形成。同时，在正极表面会形成副产物，减少了正极结构的坍塌，从而实现了高容量、高倍率、稳定循环的可充电水系锌离子电池的构筑。
　　该工作结合原位表征和理论计算主要分析了电极反应过程的储能机制。相关成果近期发表在《Energy Storage Materials》杂志上（https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.03.019）。

图2. 多元金属氧化物用于可充电水系锌离子电池

　　前期，研究组深入研究了水系电解液中溶解的氧对于可充电水系锌离子电池的影响(iScience 23, 2020, 100995)，探索了多元金属氧化物用于可充电水系锌离子电池正极材料的可能性(Chinese Chemical Letters 31, 2020, 2358-2364)。
　　以上工作得到了国家自然科学基金，兰州化物所“一三五”项目和广东肇庆市科学技术局项目的支持。


      文章来源：兰州化物所
      阎兴斌，男，1977年生，研究员，博士生导师，中国科学院“百人计划”学者，中科院兰州化学物理研究所清洁能源化学与材料实验室主任，研究所学术委员会和学位委员会委员。2000年山东大学化学学院本科毕业，2005年于中科院兰州化学物理研究所获理学博士学位，并先后在新加坡南洋理工大学和法国里昂第一大学做博士后，2009年聘为中科院兰州化学物理研究所 “百人计划”研究员，2012年负责筹建“清洁能源化学与材料实验室”并聘为实验室负责人。主要从事新型低维碳纳米材料和电化学储能技术的研究，先后获得中科院院长优秀奖（2004）、新加坡千禧基金（2005）、欧盟玛丽居里国际奖学金（2006）、新加坡杰出工程成就奖（2007）、中科院“百人计划”择优支持（2010）、研究所建所55周年“十佳优秀青年”（2013）、研究所青年创新特别奖（2015）、甘肃省五四青年奖章（2015）甘肃省科技发明一等奖（2016，排名6）和国家科技发明二等奖（2016，排名6）。目前负责承担和完成了包括中科院“百人计划”、国家自然科学基金、国防“863”、国防基础科研项目、中科院研究所“一三五”重点培育项目和企业合作项目在内的10余项课题；至今在国际SCI学术刊物上发表论文130余篇，引用3500余次，H因子33；申请国家发明专利16件，授权7件。现任Chinese Chemical Letters编委、中国电工学会超级电容器专业委员会委员、中国空间科学学会空间材料专业委员会委员、中国颗粒学会青年理事、中国微米纳米技术学会青年工作委员会委员、国际电化学能源科学与技术协会（IAOEES）理事。