黄富强研究员团队在固态锌离子储能器件领域取得进展

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高安全、低成本清洁能源是实现碳达峰、碳中和战略目标的重要技术支撑。锌离子电池和锌离子电容器因其高理论容量、丰富的锌储量、环境友好等优点，有望取代锂离子电池成为大规模储能系统的最佳选择之一。然而，金属锌负极在水系电解液中仍然面临枝晶、腐蚀、析氢、析氧等问题，严重影响储能器件的循环寿命。在锌离子储能体系中引入固态电解质能够彻底解决锌负极的枝晶以及产气问题，但实现锌离子在固态晶体中的快速传输依然极具挑战。

锌离子在介孔硫化锌快离子导体ZnyS1-xFx (Zn-MFZS)中的传输规律以及理论计算表征

　　  近期，中国科学院上海硅酸盐研究所黄富强研究员团队通过溶剂挥发自组装以及氟取代掺杂策略，成功制备了一种具有介孔结构的硫化锌快离子导体ZnyS1-xFx。一方面，氟离子对硫离子的取代掺杂明显降低了锌离子在相邻的八面体锌位点的迁移位阻，从而实现锌离子在结晶态ZnyS1-xFx的体相传导；另一方面，富集二甲基甲酰胺（DMF）分子的介孔结构又能够促进锌离子在孔道内表面的非破坏性传导。在预先负载锌离子后，这种全新的介孔硫化物导体（Zn-MFZS）在室温下展现出极高的锌离子电导率（0.66 mS cm-1）以及宽电化学稳定窗口（-0.5 to 3 V versus Zn/Zn2+)，并能实现超过1600小时的无枝晶锌离子沉积与剥离。更重要的是，这一介孔快离子导体能够在孔道中原位生长普鲁士蓝衍生物以及碳质电极材料，极大促进了锌离子在活性电极和固态电解质中的界面传导。使用这一硫化锌固态电解质构建的锌离子电池和锌离子电容器不仅展现出优异的电化学性能，还兼具高安全特性以及全天候充放电能力。这一晶体结构设计以及介孔构建策略还能应用到其它硫族化合物如硒化锌、碲化锌中，从而揭示了一系列具有潜在应用前景的锌快离子导体材料。
　　上述工作以“A zinc-conducting chalcogenide electrolyte”为题发表在Science Advances 期刊上，通讯作者为上海硅酸盐所黄富强研究员。该研究工作得到国家自然科学基金、上海科技创新行动计划等项目的支持。文章链接: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade2217
        文章来源：上海硅酸盐所
       黄富强，上海硅酸盐所研究员，人社部百千万人才工程专家，国家杰出青年基金获得者、科技部重点领域创新团队负责人、国家重点研发计划首席科学家，中科院百人计划引进回国。围绕新能源材料的基础前沿及产业应用研究，取得的系列创新成果包括：1）发现了复杂晶体结构中原子基团的相似相聚特性，提出了多物理量协同的结构功能区新概念和堆积因子理论模型，发现了若干性能优异的新能源材料；2）提出了多尺度结构和性能的设计理论，发明了独特结构的类石墨烯和氮掺杂介孔少层碳，突破碳基双电层储能极限；3）发展出铜铟镓硒太阳能电池的低成本非真空新制备，完成兆瓦级中试，成功进行了示范电站的建立和运行。新型光电材料与器件的结构调控与性能优化项目，获上海市自然科学一等奖（2016年）、国家自然科学二等奖（2017年）。发表Science、Nature Mater.等在内的论文300余篇，他引13000余次，30余篇ESI高被引论文，入选2015、2016、2017年高被引学者。授权专利86项，其中13项专利许可费达1000万元。