原标题：北京大学在水系锌离子电池研讨中获得重要开展
因为日益严重的环境污染和继续的能源消耗，可再生能源和可再生储能技能对社会继续健康开展和人们的出产日子越来越重要。电化学储能技能是一种较为清洁的储能办法。在曩昔的几十年，因为较高的能量密度、杰出的循环安稳性和较低的自放电等特色，锂离子电池能够很好的满意大范围的运用。但是，有限的锂资源、高本钱、安全性差和对环境的影响阻止了锂离子电池的大规模运用。渐渐的变多的研讨者致力于寻觅能够代替锂离子电池的绿色、安全、本钱低和功能好的二次电池。水系锌离子电池运用水溶液作为电解液，具有导电性高、安全不易燃、制备相对简略的特色，近年来引起人们的重视。因为锌的元素丰度高、价格低、理论密度高达825 mAh/g和较低的氧化复原电位（-0.763 V），被以为有望替代锂离子电池。现在，根据ZnSO4电解液的弱酸性水系锌离子电池有三种首要的正极资料，普鲁士蓝类似物，包含CuHCF、ZnHCF, 二氧化锰的多晶型物，包含a-MnO2、l-MnO2、g-MnO2 等，五氧化二钒及其衍生物。
前期，北京大学郑俊荣教师与其辅导的博士研讨生以高能球磨得到的纳米四氧化三锰为正极，金属锌箔为负极，以含有锌、锰离子的混合水溶液为电解液拼装二次电池，在100 mA g-1的电流密度下，经过10次循环，尖晶石四氧化三锰发生相改变，逐步改变为二氧化锰，一起比容量添加至221 mA h g-1；在500 mA g-1的电流密度下，充放电500次后，比容量坚持在136 mAh g-1，坚持92%。经过XRD、TEM、XPS的归纳表征，在充放电过程中，H+嵌入/脱出MnO2。制备的可充放水系锌锰离子电池具有电化学能量高、循环功能好、易于很多制备、安全环保等特色，处理了水热法或许原位电化学堆积法不能很多制备正极资料的难题，有望用于大规模储能范畴和替代铅酸电池，具有宽广市场前景，相关作业发表于ACS Sustainable Chem. Eng. 2018, 6, 16055−16063.
图1. Zn0.3V2O5•1.5H2O正极资料在充放电过程中描摹和组成分析。
近期，他们经过规划一个新的多级多孔锌钒氧化物结构（图1）来处理层状的钒氧化物正极资料在充放电过程中遭受Zn2+嵌入/脱出发生的应力引起晶格胀大/缩短导致的结构变形，电池循环安稳性差的问题。这种Zn0.3V2O5•1.5H2O正极在0.2 A g-1下，具有高的比容量为426 mA h g-1，表现出史无前例的超长循环安稳性，在10 A g-1下，20,000次循环后，容量坚持96%（图2）。其电化学机理如下：锌离子刺进引起晶格缩短，水合氢离子刺进引起晶格胀大，彼此抵消，在充放电过程中，晶格坚持不变，有利于循环安稳性。多级多孔结构供给了正极资料与电解液丰厚的触摸，缩短离子分散途径，缓解了在电化学过程中发生的应力供给缓冲，有利于快速动力学和长时间安稳性。开展的电化学办法制备的三维钒氧化物具有能量密度高、倍率功能好、循环安稳、易于制备等特色，推动了水系锌离子电池的开展。
图2. Zn /Zn0.3V2O5•1.5H2O电池的电化学功能。
该作业最近以“Ultralong cycle stability of aqueous zinc-ion batteries with zinc vanadium oxide cathodes”为题在线发表于Science Advances上（DOI: 10.1126/sciadv.aax4279）。郑俊荣课题组的16级博士研讨生王鲁鲁为榜首作者，郑俊荣和陈继涛教师为一起通讯作者。相关研讨作业受到了国家自然科学基金委、北京分子科学国家研讨中心的赞助。
来历 北京大学化学与分子工程学院
论文链接
https://advances.sciencemag.org/content/5/10/eaax4279
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