北理工材料學院吳鋒教授團隊在新型鋁二次電池體系上取得新進展
發(fā)布日期：2017-04-11 供稿：趙汗青 攝影：材料學院
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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,，國際知名學術(shù)期刊《Energy Storage Materials》（2017, 6: 9-17）刊發(fā)了北京理工大學材料學院吳鋒教授研究團隊在新型鋁二次電池體系研究中的最新研究成果，該團隊首次證實了Al3+能夠在金屬氧化物中進行可逆的電化學嵌入和脫出反應(yīng),，對發(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”進行了重點報道,。
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,，已成為光伏儲能、 電動車輛,、儲能調(diào)峰電站,、不間斷電源等重大應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié);也是當今便攜式電子器件的主要工作電源，被世界主要發(fā)達國家列為重點支持和優(yōu)先發(fā) 展的領(lǐng)域,。尤其新型高比能量、高比功率的先進二次電池,，是國際前沿研究領(lǐng) 域的關(guān)注熱點,。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,、進一步實現(xiàn)電池的低成本化及資源再生等系列問題,，為材料、能源和化學等學科提出了新的挑戰(zhàn),。
吳鋒教授長期致力于電池領(lǐng)域研究,，2002 年至今，已經(jīng)連續(xù) 3 期作為國家 973 項目首席科學家,，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 973 項目,，他和他領(lǐng)導的團隊經(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。吳鋒教授團隊首次證實了Al3+能夠在金屬氧化物中進行可逆的電化學嵌入和脫出反應(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”進行了重點報道。
這些研究工作,，在理論和實驗上為進一步發(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現(xiàn)電池能量密度成倍增長的途徑，吳鋒教授及其研究團隊在新型多電子反應(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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