中國海洋大學在下一代二次電池研究領(lǐng)域取得重要進展 http://m.gerecailiao.cn　 2025年2月15日　 來源：華禹教育網(wǎng) 　　近日，中國海洋大學材料科學與工程學院吳敬一教授團隊聯(lián)合美國德州大學奧斯丁分校Guihua Yu教授在下一代二次電池研究領(lǐng)域取得新進展，研究成果分別發(fā)表于Nature Communications和Angewandte Chemie International Edition。 　　將海水電解液與鋅金屬電極配對，因其本質(zhì)安全、成本極低且水源無限，有望成為海上大儲能最具可持續(xù)性的替代方案之一。然而，鑒于海水中存在氯離子和復(fù)雜陽離子，要在海水電解液中穩(wěn)定鋅金屬負極仍面臨巨大挑戰(zhàn)。研究團隊首先揭示了氯離子點蝕會引發(fā)負極腐蝕，并加劇枝晶生長，從而導(dǎo)致電池快速失效。然后，研究團隊提出了一種電荷梯度界面策略來調(diào)節(jié)界面處的離子傳輸，既抑制了氯離子在鋅金屬負極表面的積累，又加速了鋅離子的擴散，從而促進了均勻的鋅沉積，并減輕了腐蝕和副反應(yīng)，使鋅負極壽命提升40倍�；�于海水電解液的鋅離子全電池可實現(xiàn)5 mAh cm-2的面容量，并穩(wěn)定運行超過500次循環(huán)。這項工作為穩(wěn)定海水電解液系統(tǒng)中的鋅金屬負極以及構(gòu)建可持續(xù)的海水基儲能裝置提供了可行的指導(dǎo)方針。相關(guān)創(chuàng)新研究成果“All-natural charge gradient interface for sustainable seawater zinc batteries”（全天然梯度界面實現(xiàn)可持續(xù)海水鋅電池）日前發(fā)表于《自然-通訊》(Nature Communications)。研究成果的第一完成單位是中國海洋大學材料科學與工程學院，第一作者是學院2022級博士生范文杰。 　　圖1.海水鋅電應(yīng)用場景和腐蝕機制示意圖 　　在固態(tài)電池方面，不同于液態(tài)電極中電解液的完全滲透，固態(tài)電極缺乏快速的離子傳輸通道，表現(xiàn)出低通量固相傳輸特性，導(dǎo)致其電極載量（能量密度）與充電速率（功率密度）遠低于液態(tài)電池。基于固態(tài)電極中的離子傳輸機制，研究團隊提出了一種低迂曲度的梯度導(dǎo)電電極結(jié)構(gòu)設(shè)計，旨在提升離子傳輸效率并平衡離子濃度梯度，從而克服動力學限制。該設(shè)計實現(xiàn)了在可實用化電極中的快速充電能力，在3C電流密度下達到3.3 mAh cm-2室溫面容量。這一創(chuàng)新設(shè)計為研制高能量/功率密度固態(tài)電池提供了一條有前景的途徑。相關(guān)創(chuàng)新研究成果“Gradient Design with Low-tortuosity Overcoming Kinetic Limitations in High-Loading Solid-State Cathodes”（低迂曲度梯度電極突破全固態(tài)電池動力學限制）日前發(fā)表于《德國應(yīng)用化學》(Angewandte Chemie International Edition)。研究成果的第一完成單位是中國海洋大學材料科學與工程學院，第一作者是學院2022級博士生程廣增。 　　圖2.低迂曲度梯度電極制備示意圖和電化學性能比較圖 　　以上工作得到了山東省泰山學者項目和中央高�；�礎(chǔ)科研業(yè)務(wù)費的支持。 　　吳敬一教授團隊在新型復(fù)合材料的設(shè)計及其在下一代二次電池中的應(yīng)用領(lǐng)域開展了一系列工作。團隊基于金屬單原子的親鋅屬性和電荷極化效應(yīng)，實現(xiàn)了對負極界面微空間電場的動態(tài)調(diào)節(jié)，為穩(wěn)定鋅金屬負極提供了一種簡單而高效的策略，相關(guān)研究成果“Atomic Zincophilic Sites Regulating Microspace Electric Fields for Dendrite-Free Zinc Anode”（親鋅活性位點調(diào)控微空間電場實現(xiàn)無枝晶鋅負極）發(fā)表于國際頂尖期刊《先進材料》(Advanced Materials)。團隊基于磁場誘導(dǎo)的方法來控制陶瓷快離子導(dǎo)體納米線在固態(tài)正極中的垂直取向，實現(xiàn)了正極內(nèi)離子的快速傳輸和電池的高能量密度，相關(guān)研究成果“Efficient Ion Percolating Network for High-Performance All-Solid-State Cathodes”（高效離子滲透網(wǎng)絡(luò)助力高性能全固態(tài)正極）發(fā)表于國際頂尖期刊《先進材料》(Advanced Materials)。團隊還提出了一種低迂曲度的固態(tài)電解質(zhì)制備策略，使離子在具有垂直離子傳輸通道的固態(tài)電解質(zhì)中快速傳輸，相關(guān)研究成果“Composite Solid-State Electrolyte with Vertical Ion Transport Channels for All-Solid-State Lithium Metal Batteries”（具有垂直離子傳輸通道的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)用于全固態(tài)鋰金屬電池）發(fā)表于國際知名期刊《微尺度》（Small）。 　　通訊員：吳敬一 　　　　　　　　　　　　吳敬一教授（后排中）課題組合影 　　文章鏈接： 　　（https://doi.org/10.1038/s41467-025-56519-0） 　　（https://doi.org/10.1002/anie.202425357） 　關(guān)于中國海洋大學更多的相關(guān)文章請點擊查看　 特別說明：由于各方面情況的不斷調(diào)整與變化，華禹教育網(wǎng)（m.gerecailiao.cn）所提供的信息為非商業(yè)性的教育和科研之目的，并不意味著贊同其觀點或證實其內(nèi)容的真實性，僅供參考，相關(guān)信息敬請以權(quán)威部門公布的正式信息為準。