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北理工材料学院吴锋教授团队在新型铝二次电池体系上取得新进展

文章来源:  发布时间:2017-04-11

来源:校园网  编辑:科学技术研究院 王玉国

图1 金属氧化物纳米线的嵌铝示意图及其透射电镜-能量散射谱图

  日前,国际知名学术期刊《Energy Storage Materials》(2017, 6: 9-17)刊发了北京理工大学材料学院吴锋教授研究团队在新型铝二次电池体系研究中的最新研究成果,该团队首次证实了Al3+ 能够在金属氧化物中进行可逆的电化学嵌入和脱出反应,对发展高性能的二次电池新体系具有重要意义,该研究成果也被“材料人微信公众平台”进行了重点报道。

  二次电池(即充电电池)作为一种高效、可循环使用的能量转换与储存方式,是综合缓解能源、资源和环境问题的一种重要技术途径,已成为光伏储能、 电动车辆、储能调峰电站、不间断电源等重大应用的关键环节;也是当今便携式电子器件的主要工作电源,被世界主要发达国家列为重点支持和优先发 展的领域。尤其新型高比能量、高比功率的先进二次电池,是国际前沿研究领 域的关注热点。如何大幅度提高二次电池的能量密度与功率密度、更好地解决电池的安全性、进一步实现电池的低成本化及资源再生等系列问题,为材料、能源和化学等学科提出了新的挑战。

  吴锋教授长期致力于电池领域研究,2002 年至今,已经连续 3 期作为国家 973 项目首席科学家,主持了“绿色二次电池新体系相关基础研究”(2002-2008 年)、“新型二次电池及相关能源材料的基础研究”(2009-2013 年)、“新型高性能二次电池的基础研究”(2015-2019 年)3 项 973 项目,他和他领导的团队经过十多年的不断努力,已逐步创建和形成了多电子反应理论,发展了高铁化合物、金属硼化物、复合硫电极、金属氟化物等一些典型的多电子电极材料,并以此为基础构建了一些多电子反应电池新体系。

  在电化学反应中,金属铝能发生3电子反应,其理论质量比容量在所有的金属元素中仅次于金属锂,而其体积比容量是现有金属电极材料中最高的,因此以金属铝电极为基础构建的铝二次电池是极具潜力的高性能二次电池新体系。吴锋教授团队首次证实了Al3+ 能够在金属氧化物中进行可逆的电化学嵌入和脱出反应(如图 1 所示),为探索铝二次电池的多电子反应机制和发展新一代多电子电池体系奠定了重要基础,该研究成果也被“材料人微信公众平台”进行了重点报道。

  这些研究工作,在理论和实验上为进一步发展高性能的二次电池新体系提供了理论依据。由于发展多电子体系是最有可能实现电池能量密度成倍增长的途径,吴锋教授及其研究团队在新型多电子反应二次电池体系及相关基础和应用研究中还在不断追求和探索。

(审核:胡晓珉)