李先锋课题组实现高面容量、高电流密度下的锌沉积过程

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近日，我所储能技术研究部（DNL17）李先锋研究员团队在锌基电池的膜材料研究方面取得新进展。团队通过膜材料的结构设计，实现了在高面容量、高电流密度条件下的锌均匀沉积过程，并对膜结构调控锌沉积过程的机理进行了详细地研究和探讨。

　　可再生能源的快速发展，推动了以锌化学为基础的高能量密度储能器件的开发和研究。锌二次电池具有成本低，安全性高，能量密度高，且与水性电解质具有良好的相容性等优势，在电化学储能领域具有很好的应用前景。然而，锌在沉积过程中容易产生锌枝晶，在高面容量和高电流密度的工作条件下更为严重，影响电池的循环寿命。
　　本工作中，团队提出了一种具有表面有序波动条纹（Turing patterns）的新型聚合物膜（图灵膜），可以实现在高面容量、高电流密度下的锌均匀沉积过程。在该设计中，膜表面条纹的波峰和波谷可以通过控制微区载流子通量，从而有效地调节Zn(OH)42-的分布，并提供更多的锌沉积空间。同时，膜形成过程中表面配位的铜离子与Zn(OH)42-相互作用，可进一步诱导锌的均匀沉积。结果表明，在80mA/cm2的高电流密度下，采用图灵膜组装的碱性锌铁液流电池可以在160mAh/cm2的超高面容量条件下稳定工作。该工作为高稳定锌基二次电池的开发提供了新的思路。
　　相关研究成果以“Dendrite-Free Zinc-Based Battery with High Areal Capacity via the Region-Induced Deposition Effect of Turing Membrane” 为题，于近日发表在《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc.）上。该工作的第一作者是我所DNL17的2018级博士研究生吴金娥。上述工作得到国家自然科学基金、中国科学院电化学储能技术工程实验室、中国科学院A类先导专项“变革性洁净能源关键技术与示范”等项目的支持。（文/图 吴金娥）
　　文章链接： https://doi.org/10.1021/jacs.1c04317


      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。