近日，物理學(xué)院、中原之光實(shí)驗(yàn)室李新亮教授團(tuán)隊(duì)（復(fù)雜安全儲能課題組）在安全儲能、鹵素電池以及低維材料應(yīng)用研究方面取得一系列重要進(jìn)展。成果相繼發(fā)表于國際知名期刊《Nature Reviews Chemistry》(2023, 7, 616)、《Nature Reviews Chemistry》(2023, 7, 381)、《Chem》(2024, 10, 352)、《Matter》(2024, MATT1654)、《Advanced Materials》(2024, 36, 2304557)、《Angewandte Chemie》(2023, 62, e202310168)、《Matter》(2023, 6, 2519)、《Joule》(2023, 7, 462)上，李新亮教授為論文的獨(dú)立作者、第一作者和/或通訊作者，鄭州大學(xué)物理學(xué)院為論文獨(dú)立單位、第一單位和/或通訊單位。

在當(dāng)今能源密集型應(yīng)用背景下，為滿足電動交通、可再生能源集成和便攜設(shè)備的長時(shí)間運(yùn)行需求，開發(fā)具有高能量密度的可充電電池被視為能源技術(shù)領(lǐng)域的重要前沿。鹵族轉(zhuǎn)化型正極體系在成本、輸出電壓、能量密度、循環(huán)壽命等方面占據(jù)優(yōu)勢。然而當(dāng)前開發(fā)的單質(zhì)型鹵族正極存在人體有害、高電阻、熱穩(wěn)定性差、嚴(yán)重穿梭效應(yīng)、自放電等本征熱動力學(xué)缺陷。其服役時(shí)面臨反應(yīng)動力學(xué)遲滯、循環(huán)壽命短、能量效率低等問題，且對電極的制備工藝和應(yīng)用場景要求苛刻。此外，當(dāng)前鹵族正極的轉(zhuǎn)化機(jī)制止步于單電子轉(zhuǎn)移模式，在單質(zhì)-離子間進(jìn)行可逆轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致小的放電容量、低的輸出電壓和能量密度，極大地禁錮了鋅鹵素電池的電化學(xué)性能和本征優(yōu)勢。

李新亮教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出開發(fā)高電化學(xué)活性的非單質(zhì)型鹵族有機(jī)物、無機(jī)物、雜化物來克服傳統(tǒng)單質(zhì)型正極的熱動力學(xué)缺陷，作為活性鹵素正極材料服役，具備安全、穩(wěn)定、高鹵素豐度、高電化學(xué)活性的物化特征，能夠滿足低成本、規(guī)模化生產(chǎn)的技術(shù)需求。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)利用鹵族元素多價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)，通過激活全新多電子轉(zhuǎn)化化學(xué)，為鹵族電極提供全新的儲能機(jī)制，全面提升鹵素電池的電化學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)放電容量和能量密度的倍數(shù)級增長，構(gòu)建了兼具高能量密度、長循環(huán)壽命的一系列鹵素電池。除上述研究性進(jìn)展外，團(tuán)隊(duì)基于對新型二維MXene以及新型陰離子載流子儲能機(jī)理的深入理解和獨(dú)特觀點(diǎn)撰寫了多篇前瞻性綜述和評述論文，對MXene合成以及在儲能和電磁能轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的發(fā)展前景以及陰離子載流子儲能應(yīng)用方面進(jìn)行了總結(jié)和展望。

上述研究工作得到國家、河南省以及鄭州大學(xué)相關(guān)基金資助。

文章鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41570-023-00506-w

https://www.nature.com/articles/s41570-023-00504-y

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435123000788

https://www.cell.com/chem/abstract/S2451-9294(23)00476-X

https://www.cell.com/matter/abstract/S2590-2385(23)00251-5

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202304557

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202310168

https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-023-01167-6