新聞網(wǎng)訊 近日，我校物理科學(xué)學(xué)院李洪森教授課題組在揭示弱酸性水系鋅離子電池體系的電化學(xué)儲(chǔ)能機(jī)制研究方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)原創(chuàng)性研究成果以“Revealing the Dominance of the Dissolution-Deposition Mechanism in Aqueous Zn-MnO2Batteries”為題在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《Angewandte Chemie International Edition》（《德國應(yīng)用化學(xué)》）在線發(fā)表，論文通訊作者有李洪森教授、美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校余桂華教授以及南京大學(xué)丁煜教授，我校為第一通訊單位。
化石燃料的日益枯竭及其對環(huán)境的負(fù)面影響促使著人們對高性能、安全、環(huán)保的儲(chǔ)能系統(tǒng)的開發(fā)。而水系鋅離子電池采用廉價(jià)、不易燃的水溶液為電解質(zhì)，在穩(wěn)定性、成本和安全性方面具有明顯優(yōu)勢，被認(rèn)為是最具吸引力的可再生能源高效電網(wǎng)存儲(chǔ)的候選者之一。然而，作為最具研究價(jià)值的水系鋅離子電池體系，盡管近年來Zn-MnO2電池的電化學(xué)性能取得了顯著進(jìn)展，但其在弱酸性水系電解質(zhì)中的儲(chǔ)能機(jī)制仍存在爭議。
為了進(jìn)一步揭示Zn-MnO2電池在弱酸性電解質(zhì)中的儲(chǔ)能機(jī)理，這項(xiàng)工作通過耦合傳統(tǒng)扣式電池和定制的燒杯電池，開發(fā)了一種新的方法，以精確識(shí)別Zn-MnO2電池的儲(chǔ)能機(jī)制。該方法直觀地模擬了不同場景下電池的運(yùn)行狀態(tài)，可以全面研究弱酸性條件下Zn-MnO2電池的運(yùn)行機(jī)理（如上圖所示）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，控制Mn2+在電解液中的加入可以調(diào)節(jié)電池的電化學(xué)性能。同時(shí)，利用該方法能夠系統(tǒng)地排除Zn2+和/或H+嵌入/脫出反應(yīng)的可能性，從而確認(rèn)了MnO2/Mn2+溶解-沉積機(jī)制的主導(dǎo)地位。此外，結(jié)合一系列的相和光譜表征，該工作還探討了電池循環(huán)過程中電極和電解質(zhì)的組成、形態(tài)和結(jié)構(gòu)演變，闡明了Zn-MnO2電池在弱酸性電解質(zhì)中的儲(chǔ)能化學(xué)特性。該方法亦可以推廣到其他儲(chǔ)能系統(tǒng)，為準(zhǔn)確識(shí)別水系鋁離子電池的儲(chǔ)能機(jī)理提供一種通用的方法。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202318444
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