【复材信息】四川大学刘颖教授团队在钒钛功能材料领域取得了重要进展

11-22 06:29

由于其安全性高、成本低、储量丰富等优点，水系锌离子电池在电化学储能领域具有很大的发展前景。但仍有正极离子穿行、负极枝晶生长等科学难题亟待解决。钒钛碳氮化物具有优异的机械性能和电化学性能，尤其是二维碳氮化物纳米材料具有理想的层状结构，在电化学储能、传感、催化、电磁屏蔽等领域具有重要的发展前景。攀西地区是我国钒钛资源综合利用技术高地，开发了大量的钒钛功能材料。基于钒钛功能材料开发的高性能锌离子电池，不仅可以解决目前水系储能器件面临的科学问题，还可以促进攀西钒钛资源的功能应用。

近日，四川大学材料科学与工程学院刘颖教授团队在水系锌离子电池应用领域对钒钛功能材料进行了一系列研究，并取得了重要进展。以“相关工作”为基础。A tripartite synergistic optimization strategy for zinc-iodine batteries“问题发表于Nature Communications。材料科学与工程学院2021级研究生严伟斌是论文的第一作者，材料科学与工程学院刘颖教授、林紫锋研究员、赵江琦特副研究员是论文的通讯作者，四川大学材料科学与工程学院是唯一的通讯单位。

图 Zn-I2电池设计原理

在这项工作中，刘颖教授团队使用了二维碳化钛（MXene）该材料为正极碘介质，MXene具有纳米层状结构和丰富的表面基团，可以为碘离子/碘的转换反应提供大量的位点。并通过MXene的化学限制，进一步有效地阻碍了多碘离子的运动。在电解质中引入正丁醇电解质添加剂，以进一步改善锌负极的化学腐蚀和枝晶生长。由于正丁醇对多碘离子有很强的吸附能力，所以MXene可以更好地阻止多碘离子的穿行。与此同时，在进一步研究中发现，正丁醇引入合作碘离子改变了电解质的溶剂结构，降低了溶剂结构中活性水的含量，可以有效抑制锌枝晶的形成。另外，正丁醇可以在负极表面与一些无机物质搭建疏水SEI膜，可以有效减少负副作用的发生。得益于三方协同策略，水系锌碘电池可以循环超过30000次，每次容量下降0.0004%。这个结果对于提高水系锌离子电池的性能和促进钒钛资源的发展和应用具有重要意义。

以上研究工作获得国家自然科学基金项目、四川省科技计划项目、中央高校基础科研业务费专项资金等项目资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-53800-6

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