基於水電解質溶液中離子嵌入反應的儲能體系研究

《基於水電解質溶液中離子嵌入反應的儲能體系研究》是依託復旦大學，由夏永姚擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：基於水電解質溶液中離子嵌入反應的儲能體系研究
• 依託單位：復旦大學
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：夏永姚

項目摘要

基於嵌入反應的水系儲能體可望解決現有有機系鋰離子電池的安全性問題，也解決現有水系鉛酸、鎳氫電池循環壽命差的問題，具有低成本、高安全性及長壽命等特點，已經成為未來大型儲能電池的首選器件之一，然而在實際套用中仍面臨著諸多挑戰。本項目將全面、系統、深入地研究基於水電解質溶液中離子嵌入反應的水系鋰（鈉）離子電池的前沿基礎科學問題。研究不同組成和結構電極材料的儲能機理，重點研究水系電極材料電極反應的機理，包括離子與質子的競爭嵌入反應、析氫和析氧等，研究電極材料/電解質溶液的界面反應及電極材料表面穩定性問題，闡明嵌入化合物在水溶液電解質中容量衰減機理,探討水系電解液中電極表面形成有效固體電解質界面膜的條件及其生長機理。擬套用理論計算模擬及納米技術，合成製備具有高比容量和結構穩定的新型電極材料，構築新型水系鋰（鈉）離子電池。為設計高功率、高安全性和長壽命的新型電化學儲能體系奠定理論基礎並並提供技術指導。

結題摘要

本項目的總體目標是研究基於水電解質溶液中離子嵌入反應水系電池的前沿基礎科學問題和套用技術。研究了幾種鋰、鈉和鋅離子嵌入化合物在水電解質溶液中的電化學行為和儲能機理，研究表明電極材料的溶解、質子的競爭嵌入和析氫引起的pH值的改變是導致容量的衰減的重要原因，材料的碳包覆和提高電解質溶液的濃度可提高其穩定性；發現聚醯亞胺負極具有自消氧行為，解決了密封水系電池因過充可能析氧導致容量衰減的問題；研究表明具有共軛機構和碳氧雙鍵的有機物和聚合物通過烯醇化反應可逆儲存多種金屬離子，並且具有很快電化學反應動力學過程，發展了幾種新型高功率、長壽命的水系鋰、鈉和鎂離子電池。研究了水系電池的電極和電池的組裝工藝，實現了水系電池的產業化套用。此外，把水電解質溶液中嵌入反應電極作為氧化還原反應的中介電極，發展了電解水和氯鹼的分步電解技術。上述研究結果為設計高功率、高安全性和長壽命的新型電化學儲能體系奠定理論基礎並提供技術指導。發表相關研究論文26篇，包括Science Advances, Nature Communications, Angewandte Chemie International Edition, Advance Energy Materials, ACS Energy Letter, Journal of The Electrochemical Society, Science China Chemistry等有重要影響力的專業雜誌，完成項目總體預定目標。