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科研進展

深圳先進院在《德國應用化學》上發表新型電池綜述

時間:2019-03-21  來源:集成所 功能薄膜材料研究中心 周小龍 文本大小:【 |  | 】  【打印

  近日,中國科學院深圳先進技術研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究員(第一單位通訊)聯合清華-伯克利深圳學院成會明院士(共同通訊),美國俄勒岡州立大學紀秀磊教授(共同通訊),及其團隊成員周小龍博士(一作),劉齊榮博士(共同一作)、蔣春磊博士(共同一作)等在化學頂級期刊《德國應用化學》(Angewandte Chemie International Edition)上發表新型雙離子電池綜述,全面評述了高效低成本雙離子電池的最新進展和發展策略(Beyond Conventional Batteries: Strategies towards Low-Cost Dual-Ion Batteries with High Performance, Angew. Chem. Int. Ed. 2019, DOI:10.1002/anie.201814294, IF:12.102)。 

  雙離子電池具有高工作電壓、低成本、環保且易回收等優勢,已受到國內外的廣泛關注。但傳統雙碳結構的雙離子電池由于石墨的壓實密度和理論容量的限制,能量密度較低。因此,唐永炳團隊提出了一種一體化電極的設計思路,以廉價、環保且儲量豐富的鋁箔同時作為負極活性材料和集流體,與石墨正極材料構建了新型高效低成本鋁-石墨雙離子電池體系(Adv. Energy Mater., 2016, 6, 1502588; PCT/2015/09996)。該電池體系采用廉價且環保的鋁箔和石墨分別作為負極和正極材料,省去了鈷酸鋰等傳統正極材料,電池更為環保且回收容易,并大幅降低成本,顯著提升了雙離子電池能量密度。此外,團隊還將一體化電極設計思路成功拓展到了新型鋰電體系(Adv. Mater. 2016, 29, 1604219; PCT/CN2016/081346, PCT/CN2016/081344, PCT/CN2016/081345; Adv. Mater., 2019, 31, 1900826),顯著提升了傳統鋰電的能量密度,并大幅降低制造成本。 

  為提高鋁負極在新型電池中的穩定性,團隊后續對其進行了結構和界面的調控,分別研發出三維多孔鋁/碳負極(Adv. Mater., 2016, 28, 9979PCT/CN2016/081344PCT/CN2016/081345)、具有中空界面結構的鋁負極(Adv. Mater., 2017, 29, 1606805.)、碳包覆的納米鋁負極(Adv. Energy Mater., 2017, 7, 1701967)、活性材料/集流體/隔膜一體化的多功能電極(Adv. Funct. Mater., 2017, 1703035; PCT/CN2017/078204)、超快充放一體化柔性電池(Adv. Energy Mater., 2017, 7, 1700913; PCT/CN2017/078205)和多離子電池體系(Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 16370)。 

  團隊還將一體化設計的新思路拓展到了儲量豐富的堿(土)金屬離子電池體系,成功研發出了成本更低,且不依賴于有限鋰礦資源的環保型鈉基雙離子電池(Adv. Energy Mater., 2017, 7, 1601963; PCT/CN2015/099967, Small, 2018, 14, 1703951; Adv. Funct. Mater., 2019, 29, 1806722)、鉀基雙離子電池(Adv. Mater., 2017, 29, 1700519; Adv. Energy Mater., 2017, 7, 1700920PCT/CN2017/074632; J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 17889)、以及新型室溫高電壓鈣離子電池(Adv. Sci., 2018, 1701082; Nat. Chem. 2018,10, 667; CN201710184368.1, PCT/CN2017/078203; Adv. Energy Mater., 2019, 9,1803865, CN201711440242.2)。 

  團隊基于上述技術已申請發明專利89項,PCT專利23項、美國專利2項,歐盟專利2項,日本專利2項,韓國專利2,并成功完成了技術轉移孵化,研發的新型電池目前已進入試產階段。 

  該系列研究工作得到了國家自然基金項目,中科院科技項目,廣東省科技項目,深圳市科技項目等項目的資助。 

  論文鏈接 

中國傳統牛郎織女故事形象說明了雙離子電池的大致工作原理 

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