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低成本长寿命水系锌离子电池

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2023-08-04 16:06:02

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:“科创中国”纳米技术专业科技服务团| 李小丽 | 2023-08-17 15:42:56
以金属锌箔为负极,胺醌聚合物为正极,水系锌盐溶液为电解液构筑水系锌离子电池。具有高比容量(350 mAh g−1 @1 A g−1)、高倍率性能(120 mAh g−1 @ 50 A g−1)和长循环稳定性(50, 000次充放电后容量保持率为90%)。
1资源丰富、成本低。目前地球上的锌元素储量是锂离子电池的300倍,锌元素的成本价格为锂元素的10%。锌离子电池的制作工艺简单,在空气中即可组装,大幅度降低制造成本。锌离子电池的低成本将有助于其在电池市场的推广应用。 2环境友好、安全性高。锌离子电池采用廉价的硫酸锌、醋酸锌水溶液(pH=4~7)为电解质,而非易燃/昂贵的有机电解质或强酸/碱性电解质,在降低制造成本的同时,增强了电池使用过程中的安全性(即使破损暴露在空气中也不会发生自燃,具有更好的环境稳定性)。金属锌与其无机盐是无毒的,在电池的生产及应用过程中,不会有污染物产生。因此,锌离子电池属于绿色环保电池。 3能量/功率密度显著。锌具有较低的氧化还原电位(−0.763 V),二价Zn2+离子理论上能比单电子反应的Li+离子携带双倍电荷,在电化学反应中涉及两个电子,有利于电池能量密度的显著提升,理论容量高达820 mAh g−1,能量密度高达738 Wh kg−1。本课题制备的锌离子电池性能指标远高于目前市场上商业化磷酸铁锂电极材料(磷酸铁锂的实际比容量低于170 mAh g−1,循环寿命通常为3000-5000次充放电)

锌离子电池是一种新型的高性能可充电电池,具有能量密度高、安全性好、环境友好等优点。锌离子电池的应用前景非常广阔,特别是在电动汽车、储能系统、智能手机等领域有着巨大的市场潜力。首先,在电动汽车领域,锌离子电池可以作为传统锂离子电池的替代品,具有更高的能量密度和更低的成本,可以大幅提升电动汽车的续航能力和性价比。其次,在储能系统领域,锌离子电池可以有效解决新能源电力储存和调峰问题,同时具有高效率、长寿命、安全可靠等特点,可以为能源行业提供更加可靠的解决方案。最后,在智能手机等电子产品领域,锌离子电池也具有广泛应用前景。其高能量密度和低成本等特点可以有效解决传统锂离子电池存在的发热、爆炸等问题,提升了电子产品的安全性和性能。

甘礼华,博士,教授,博士生导师。中国化学会胶体与界面化学专业委员会委员,材料复合及先进分散技术教育部工程研究中心技术委员会委员,上海市创造学会理事,上海市颗粒学会理事,上海市创造学会环保新材料专业委员会委员,上海资源环境新材料及应用工程技术研究中心技术委员会委员,上海光固化先进材料应用工程技术研究中心技术委员会主任委员。 刘明贤,博士,教授,博士生导师;获得第六届东方胶化杯全国胶体与界面化学奖三等奖;上海市研究生优秀成果奖;同济大学青年英才计划;上海市自然科学三等奖;同济大学优秀教学成果一等奖。上海市优秀教学成果奖一等奖。 缪灵,博士,助理教授;从事电化学储能材料研究,主持1项国家自然科学基金和1项省部级科研项目,以(共同)第一/通讯作者在Chem. Eng. J., J. Mater. 等著名刊物上发表论文21篇,其中13篇论文入选ESI Highly Cited Paper,被引频次 > 1000 宋子洋,博士现,同济大学化学流动站博士后,入选上海市“超级博士后”激励计划资助,现主持中国中国博士后科学基金面上项目和上海市启明星项目,参与多项国家自然科学基金面上项目的研究

Zn资源丰富、成本低,环境友好、安全性高,本课题制备的锌离子电池性能指标远高于目前市场上商业化磷酸铁锂电极材料,有望成为当今锂电的候选者。钠离子电池和锌离子电池具有良好的应用前景,可以满足不同类型的应用需求,尤其是大型储能系统、电动汽车等高能耗应用场景

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