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助力現(xiàn)代社會(huì)可持續(xù)發(fā)展 電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)迎來新突破
2024年06月17日 13:30:59
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：小王 點(diǎn)擊量：5907
“雙碳”目標(biāo)是現(xiàn)階段社會(huì)發(fā)展的一個(gè)重要目標(biāo)，而實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵在于能源改革，簡(jiǎn)單的說就是要保證能源滿足環(huán)境友好的同時(shí)，又可以兼顧利用效率，確保社會(huì)的穩(wěn)定運(yùn)行。在這個(gè)過程中，高性能電化學(xué)儲(chǔ)能器件便成為了一個(gè)重要的突破口，一系列綠色電能產(chǎn)業(yè)也隨之迎來了飛速發(fā)展。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】“雙碳”目標(biāo)是現(xiàn)階段社會(huì)發(fā)展的一個(gè)重要目標(biāo)，而實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵在于能源改革，簡(jiǎn)單的說就是要保證能源滿足環(huán)境友好的同時(shí)，又可以兼顧利用效率，確保社會(huì)的穩(wěn)定運(yùn)行。在這個(gè)過程中，高性能電化學(xué)儲(chǔ)能器件便成為了一個(gè)重要的突破口，一系列綠色電能產(chǎn)業(yè)也隨之迎來了飛速發(fā)展。
近日，武漢理工大學(xué)麥立強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)在《自然·催化》雜志上發(fā)表了一項(xiàng)重要研究成果，他們提出了一種基于鋅離子介導(dǎo)催化作用實(shí)現(xiàn)超快充電池的新機(jī)制，并成功研制出超高功率、本質(zhì)安全的水系鋅離子電池，這一突破性的成果為下一代超快充電池的開發(fā)應(yīng)用提供了新的理論基礎(chǔ)和技術(shù)路徑。
水系鋅離子電池作為一種新型儲(chǔ)能技術(shù)被認(rèn)為是鋰電池的有力競(jìng)爭(zhēng)者。一方面，其安全、快充、成本低廉和環(huán)境友好等突出優(yōu)勢(shì)，使其具備很高的發(fā)展價(jià)值；另一方面，其在極端環(huán)境下展示出的潛能，使其在電動(dòng)汽車、人工智能、智能電網(wǎng)等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。
但即便如此，水系鋅離子電池卻也存在很大的發(fā)展壁壘——傳統(tǒng)離子穿梭模型反應(yīng)速率受限于菲克第二定律的極限，難以實(shí)現(xiàn)倍率性能的突破。而麥立強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)的新成果便是針對(duì)這個(gè)問題開展的。
團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了離子介導(dǎo)催化存儲(chǔ)理論，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一理論的可行性。他們發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)控電極材料和電解液中的陽(yáng)離子對(duì)溶劑鞘層水的吸附，可以顯著影響水裂解的反應(yīng)速率和產(chǎn)物，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)超傳統(tǒng)電池反應(yīng)速率的快充性能。這一發(fā)現(xiàn)不僅合理解釋了水系鋅離子電池的快充性能反常，更為電池快充技術(shù)提供了新的理論依據(jù)。
在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)采用三維多孔石墨烯氣凝膠限域氮化釩納米簇作為電極材料，讓電池比容量在300A g-1的高電流密度下達(dá)到了577.1mAh g-1。而這一數(shù)據(jù)也為電池快充技術(shù)提供新的理論依據(jù)，對(duì)于材料科學(xué)、電化學(xué)、儲(chǔ)能科學(xué)、能源轉(zhuǎn)化科學(xué)的交叉融合有重要的促進(jìn)價(jià)值。
而正如一開始提到的，高性能電化學(xué)儲(chǔ)能器件的發(fā)展將推動(dòng)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展。從現(xiàn)有技術(shù)的角度來說，可再生能源并網(wǎng)、分布式能源、智能微電網(wǎng)等領(lǐng)域中存在的能源浪費(fèi)和排放問題都可能借由高性能電化學(xué)儲(chǔ)能器件來尋求解決。高性能電化學(xué)儲(chǔ)能器件是連接電力發(fā)、輸、配、用，提高多元能源系統(tǒng)的安全性、靈活性和可調(diào)性，引領(lǐng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的技術(shù)核心之一。因此從這個(gè)角度來看，團(tuán)隊(duì)的這一突破性成果恰恰為電化學(xué)的發(fā)展注入了新的活力，我們也有理由相信隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟，它將為現(xiàn)代社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。
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