北理工材料學(xué)院吳鋒教授團(tuán)隊(duì)在新型鋁二次電池體系上取得新進(jìn)展
發(fā)布日期：2017-04-11 供稿：趙汗青 攝影：材料學(xué)院
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圖1 金屬氧化物納米線的嵌鋁示意圖及其透射電鏡-能量散射譜圖
日前，國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《Energy Storage Materials》（2017, 6: 9-17）刊發(fā)了北京理工大學(xué)材料學(xué)院吳鋒教授研究團(tuán)隊(duì)在新型鋁二次電池體系研究中的最新研究成果，該團(tuán)隊(duì)首次證實(shí)了Al3+能夠在金屬氧化物中進(jìn)行可逆的電化學(xué)嵌入和脫出反應(yīng)，對(duì)發(fā)展高性能的二次電池新體系具有重要意義，該研究成果也被“材料人微信公眾平臺(tái)”進(jìn)行了重點(diǎn)報(bào)道。
二次電池(即充電電池)作為一種高效、可循環(huán)使用的能量轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存方式，是綜合緩解能源、資源和環(huán)境問題的一種重要技術(shù)途徑，已成為光伏儲(chǔ)能、 電動(dòng)車輛、儲(chǔ)能調(diào)峰電站、不間斷電源等重大應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié);也是當(dāng)今便攜式電子器件的主要工作電源，被世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家列為重點(diǎn)支持和優(yōu)先發(fā) 展的領(lǐng)域。尤其新型高比能量、高比功率的先進(jìn)二次電池，是國(guó)際前沿研究領(lǐng) 域的關(guān)注熱點(diǎn)。如何大幅度提高二次電池的能量密度與功率密度、更好地解決電池的安全性、進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電池的低成本化及資源再生等系列問題，為材料、能源和化學(xué)等學(xué)科提出了新的挑戰(zhàn)。
吳鋒教授長(zhǎng)期致力于電池領(lǐng)域研究，2002 年至今，已經(jīng)連續(xù) 3 期作為國(guó)家 973 項(xiàng)目首席科學(xué)家，主持了“綠色二次電池新體系相關(guān)基礎(chǔ)研究”(2002-2008 年)、“新型二次電池及相關(guān)能源材料的基礎(chǔ)研究”(2009-2013 年)、“新型高性能二次電池的基礎(chǔ)研究”(2015-2019 年)3 項(xiàng) 973 項(xiàng)目，他和他領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)經(jīng)過十多年的不斷努力，已逐步創(chuàng)建和形成了多電子反應(yīng)理論，發(fā)展了高鐵化合物、金屬硼化物、復(fù)合硫電極、金屬氟化物等一些典型的多電子電極材料，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建了一些多電子反應(yīng)電池新體系。
在電化學(xué)反應(yīng)中，金屬鋁能發(fā)生3電子反應(yīng)，其理論質(zhì)量比容量在所有的金屬元素中僅次于金屬鋰，而其體積比容量是現(xiàn)有金屬電極材料中最高的，因此以金屬鋁電極為基礎(chǔ)構(gòu)建的鋁二次電池是極具潛力的高性能二次電池新體系。吳鋒教授團(tuán)隊(duì)首次證實(shí)了Al3+能夠在金屬氧化物中進(jìn)行可逆的電化學(xué)嵌入和脫出反應(yīng)(如圖 1 所示)，為探索鋁二次電池的多電子反應(yīng)機(jī)制和發(fā)展新一代多電子電池體系奠定了重要基礎(chǔ)，該研究成果也被“材料人微信公眾平臺(tái)”進(jìn)行了重點(diǎn)報(bào)道。
這些研究工作，在理論和實(shí)驗(yàn)上為進(jìn)一步發(fā)展高性能的二次電池新體系提供了理論依據(jù)。由于發(fā)展多電子體系是最有可能實(shí)現(xiàn)電池能量密度成倍增長(zhǎng)的途徑，吳鋒教授及其研究團(tuán)隊(duì)在新型多電子反應(yīng)二次電池體系及相關(guān)基礎(chǔ)和應(yīng)用研究中還在不斷追求和探索。
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