离子筛分碳纳米壳涂层用于深度可充电的锌电池

随着社会的快速发展，人类对能源的需求日益增加。传统的化石能源储存量有限，且其使用对环境的污染日益严重。发展太阳能、风能等新能源可以有效缓解上述问题。然而，这些新能源的能量是间歇性的。因此，化学电源作为能量转换和储存的装置在间歇性能源利用的过程中起着重要的作用。锂离子电池因具有优异的性能成为应用广泛的储能技术。尽管有机锂离子电池具有诸多优势，但有机电解液不仅有毒而且易燃、安全性较差。

锌基水性电池具有理论能量密度高、电解液不可燃、电池材料来源丰富等优点，因而可作为锂离子电池的替代品。然而，其负极锌电极很难深度充放电。与锂离子电池储能过程不同的是，锌电池锌电极是固体溶解为液体再到固体的过程（锌-锌酸根-氧化锌)，该过程存在两个严重的问题：形成的放电产物氧化锌覆盖在锌电极表面，阻止锌电极的进一步反应，导致活性材料的利用率低和循环性能差；氧化锌溶液在电解液中易溶解，导致锌随机沉积、生成锌枝晶，电池安全性下降。

为了解决这些问题，佐治亚理工学院的刘念教授（点击查看介绍）团队报道了一种离子筛分碳纳米壳涂层的氧化锌纳米粒子为锌电池负极，调节碳纳米壳孔径，解决了锌电极钝化和溶解的问题。纳米氧化锌可阻止钝化，而合适的碳纳米壳涂层孔径可减缓氧化锌的溶解。在极端测试条件下（封闭电池、贫电解液、电解液无任何氧化锌添加），与锌箔和氧化锌纳米颗粒为负极的电池相比，该氧化锌纳米粒子表现出明显改善的电化学性能。该研究为可实用的高性能水性电池（例如锌空气电池）提供了较好的实验基础。

这一成果近期发表在Advanced Energy Materials 上，文章的第一作者是佐治亚理工学院的吴雨桐。

该论文作者为：Yutong Wu, Yamin Zhang, Yao Ma, Joshua D. Howe, Haochen Yang, Peng Chen, Sireesha Aluri, Nian Liu

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Ion‐Sieving Carbon Nanoshells for Deeply Rechargeable Zn‐Based Aqueous Batteries

Adv. Energy Mater., 2018, DOI: 10.1002/aenm.201802470

刘念博士简介

刘念，佐治亚理工学院化学与生物分子工程系助理教授；2009年本科毕业于复旦大学化学系，2014年毕业于斯坦福大学崔屹教授课题组，取得博士学位；2014-2016年期间在斯坦福大学朱棣文教授课题组从事博士后研究。刘念教授至今已在Nat. Mater.、Nat. Energy、Nat. Nanotechnol.、Nat. Commun.、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Energy Mater.、Energy Environ. Sci.、Proc. Natl. Acad. Sci. USA 等期刊上发表论文70余篇，总引用>13000次，H-index 48；目前主要从事并致力于纳米材料、电化学和光学显微镜的结合研究来应对全球能源问题带来的挑战，曾获电化学协会（ECS）Daniel Cubicciotti奖（2014）和美国化学会（ACS）无机化学青年研究员奖（2015）。

https://www.x-mol.com/university/faculty/52107