王春生/許康Nature Mater.:高可逆鋅金屬電極用於水相電池

第一作者：Fei Wang

共同通訊作者：王春生， 許康

通訊單位：馬里蘭大學， 美國陸軍實驗室

由於金屬鋅理論容量大(820 mA h g–1)， 電位低（−0.762 V versus NHE）， 低毒， 安全且來源豐富， 被認為是理想的水相電池負極材料。 而限制其應用的關鍵因素在於不可逆性：低庫倫效率， 枝晶生長， 消耗大量的水。 本文提出以高濃度Zn和Li鹽作為水相電解液， 可以成功解決上述問題。 這種特殊的電解液不僅可以在接近100%庫倫效率時確保無枝晶生成， 而且可以利用大氣中的水， 使得電池的密封構型不再是必要因素， 鋅電池表現出前所未有的可塑性和可逆性。 在採用LiMn2O4作為正極時，

4000個迴圈之後仍能保持80%的容量， 釋放180 W h kg–1。 在以O2作為正極時， 運作大於200個迴圈仍可釋放300 W h kg–1 (1,000 W h kg–1 based on the cathode) 。

圖文解析：

圖1. HCZE (1 m Zn(TFSI)2+ 20 m LiTFSI)中鋅負極的表徵.

圖2.LiTFSI濃度的影響

圖3. 鋅離子溶劑化結構的動力學類比

圖4. Zn/LiMn2O4全電池的電化學性能

圖5. Zn/O2電池的電化學性能

作者介紹：

王春生博士

美國馬里蘭大學教授。 1995年浙江大學材料系博士畢業， 1995-1997年浙江大學物理系博士後， 1997年于浙江大學材料系任副研究員， 1998-2003年赴美國德州農工大學的化學和化工系做博士後， 2003-2007受聘田納西理工大學化工系任助理教授， 2007年轉入馬里蘭大學化工系並與2012晉升為副教授。 其主要研究方向為鋰離子電池、鈉離子電池、燃料電池和電化學技術。 前後主持了美國國家自然科學基金(NSF)、美國國防部（DoD）、美國國家航空航天局(NASA)，

美國能源部(DoE)等的相關專案， 科研經費累計達400多萬美元。 迄今已在Science, JACS, Nano Lett., Adv. Mater. ACS Nano 以及Nature Commun.等國際學術刊物發表論文110多篇， 論文引用次數7500多次， 單篇最高引用達660次， H因數為46。 2013年獲馬里蘭大學工學院傑出研究獎。

課題組主頁：http://www.cswang.umd.edu/

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