余颖教授课题组近期在储能领域连续取得重要进展-华大在线_华中师大新闻网
余颖教授课题组近期在储能领域连续取得重要进展
作者:余颖编辑:曹世生
发布日期 2019-10-25 14:21:53

华大在线讯(通讯员 余颖随着煤炭、石油等化石资源的枯竭和环境的日益恶化, 发展太阳能、风能和水能等可再生能源已经成为全球性趋势,但是可再生能源转瞬即逝,因此储能设备就成为稳定电网、驱动汽车和各类电子器件的关键。超级电容器和电池是储能装置中最重要的两种器件,其中超级电容器具有快充快放和循环稳定性强的特点,但其能量密度非常有限;相比之下,电池具有能量高的优势,但是其快充快放和循环稳定性较差;而从原理和方法上对这些器件进行改进是解决这些难题的重要途径。近期,我校物理科学与技术学院纳米科技研究所余颖教授课题组在超级电容器和水系电池领域连续取得重要进展,相关成果分别发表在国际材料权威期刊Advanced Energy Materials (2019, 1901081;IF:24.9)和Advanced Functional Materials(2019, 1905979;IF:15.6)上。

在超级电容器的工作中,余颖教授课题组联合武汉理工大学麦立强教授课题组提出了一种“整合电容”的概念,即通过现有任意的正极材料和负极材料按一定配比和方式复合而成的整合电容,其单电极能有效提高电位窗口(可在正电压和负电压全区域工作)和电容容量(大于传统单独的正极或负极材料)。将整合电容的单电极组合成全电容后,其形式上看似为对称性电容器,但其本质上却表现为多重工作机理,结果是整合全电容的电压窗口和电容容量表现出优于传统对称或非对称电容器的性能。该工作以常用的超级电容器材料MnO2和Fe3O4的复合为特例研究,最终扩展到多种整合电容体系,证明了该思路有望成为解决超级电容器能量和电位窗口问题的有效方式。

在水性电池的工作中,余颖教授课题组和休斯敦大学任志锋教授、陈硕教授一起首次报道了在溶液体系中实现可逆循环的高性能铜锌电池。自1868年英国科学家丹尼尔发明铜锌电池以来,该电池一直被认为是一种不可循环的一次电池。但是计算其反应原理和深入分析后发现,二价铜离子的溶解和不可逆是导致铜锌电池不可逆的主要原因。通过调节二价铜离子的溶解度,可有效解决这一问题,并最终实现了可逆的铜锌电池。该电池的最高容量可达718 mAh/g,能量密度超过400 Wh/Kg,大大超过了现有商用锂离子电池的性能。除此之外,商用铜片经过简单原位活化就能实现高性能的可逆铜锌电池,该方法简单、经济且高效,有广泛的商业化应用前景。

上述工作的第一完成单位均为华中师范大学,第一作者均为我校物理科学与技术学院2017级“华博计划”博士生朱前程。上述工作也得到了国家自然科学基金、武汉市应用基础前沿项目以及中央高校基本科研业务费项目的资助。


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