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助力現代社會可持續發展 電化學儲能技術迎來新突破
2024年06月17日 13:30:59
來源：化工儀器網 作者：小王 點擊量：5877
“雙碳”目標是現階段社會發展的一個重要目標，而實現這一目標的關鍵在于能源改革，簡單的說就是要保證能源滿足環境友好的同時，又可以兼顧利用效率，確保社會的穩定運行。在這個過程中，高性能電化學儲能器件便成為了一個重要的突破口，一系列綠色電能產業也隨之迎來了飛速發展。
【化工儀器網 行業百態】“雙碳”目標是現階段社會發展的一個重要目標，而實現這一目標的關鍵在于能源改革，簡單的說就是要保證能源滿足環境友好的同時，又可以兼顧利用效率，確保社會的穩定運行。在這個過程中，高性能電化學儲能器件便成為了一個重要的突破口，一系列綠色電能產業也隨之迎來了飛速發展。
近日，武漢理工大學麥立強教授團隊在《自然·催化》雜志上發表了一項重要研究成果，他們提出了一種基于鋅離子介導催化作用實現超快充電池的新機制，并成功研制出超高功率、本質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應用提供了新的理論基礎和技術路徑。
水系鋅離子電池作為一種新型儲能技術被認為是鋰電池的有力競爭者。一方面，其安全、快充、成本低廉和環境友好等突出優勢，使其具備很高的發展價值；另一方面，其在極端環境下展示出的潛能，使其在電動汽車、人工智能、智能電網等戰略性新興產業中展現出巨大的應用前景。
但即便如此，水系鋅離子電池卻也存在很大的發展壁壘——傳統離子穿梭模型反應速率受限于菲克第二定律的極限，難以實現倍率性能的突破。而麥立強教授團隊的新成果便是針對這個問題開展的。
團隊創新性地提出了離子介導催化存儲理論，并通過實驗驗證了這一理論的可行性。他們發現，通過調控電極材料和電解液中的陽離子對溶劑鞘層水的吸附，可以顯著影響水裂解的反應速率和產物，從而實現遠超傳統電池反應速率的快充性能。這一發現不僅合理解釋了水系鋅離子電池的快充性能反常，更為電池快充技術提供了新的理論依據。
在此基礎上，研究團隊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的高電流密度下達到了577.1mAh g-1。而這一數據也為電池快充技術提供新的理論依據，對于材料科學、電化學、儲能科學、能源轉化科學的交叉融合有重要的促進價值。
而正如一開始提到的，高性能電化學儲能器件的發展將推動節能減排和可持續發展。從現有技術的角度來說，可再生能源并網、分布式能源、智能微電網等領域中存在的能源浪費和排放問題都可能借由高性能電化學儲能器件來尋求解決。高性能電化學儲能器件是連接電力發、輸、配、用，提高多元能源系統的安全性、靈活性和可調性，引領全球能源互聯網建設的技術核心之一。因此從這個角度來看，團隊的這一突破性成果恰恰為電化學的發展注入了新的活力，我們也有理由相信隨著技術的進一步成熟，它將為現代社會的可持續發展做出更大的貢獻。
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