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頂刊動(dòng)態(tài)丨鋁離子電池的最新進(jìn)展,齊魯工大徐小龍博士在國際學(xué)術(shù)期刊CEJ發(fā)表研究成果
來源:科學(xué)10分鐘 時(shí)間:2022-05-15 21:47:04 瀏覽:6741次




文章背景



用于電化學(xué)儲(chǔ)能的鋁離子電池(AIBs)具有相對(duì)較高的理論比容量、重量輕、零污染、安全、價(jià)格低廉和資源豐富等優(yōu)點(diǎn),因此是相對(duì)較新的研究熱點(diǎn)。特別是3電子氧化還原反應(yīng)使得AIBs具有實(shí)現(xiàn)超快充放電速度的潛力,成為高功率密度可充電電池的最有希望的候選者。



成果簡介



近期齊魯工業(yè)大學(xué)徐小龍博士與東安格利亞大學(xué)(University of East Anglia)Kwan San Hui(許冠山)博士、澳門大學(xué)Kwun Nam Hui(許冠南)博士、青島新正鋰業(yè)有限公司董事長孫玉城博士(泰山學(xué)者海外特聘專家)合作在學(xué)術(shù)期刊《Chemical Engineering Journal》(IF=10.652)上發(fā)表評(píng)述論文《Engineering Strategies for Low-Cost and High-Power Density Aluminum-Ion Batteries,齊魯工業(yè)大學(xué)沈建興教授和周國偉教授等也參與了文章的撰寫與發(fā)表。

文章總結(jié)了AIBs的最新進(jìn)展以及相應(yīng)的機(jī)遇,挑戰(zhàn)和潛在的研究方向(圖1)。介紹了AIBs的原理,包括鋁的性質(zhì),電化學(xué)反應(yīng)和組成部件?;陔娀瘜W(xué)反應(yīng)和部件,從不同角度梳理了AIBs的挑戰(zhàn)和前景,包括陽極的設(shè)計(jì)和保護(hù),電解質(zhì)的開發(fā)和改性以及陰極材料的選擇和制備。根據(jù)AIBs和現(xiàn)有電極材料的要求,全面討論如何獲得高性能的綠色低成本正極材料。


圖1 鋁離子電池的機(jī)遇,挑戰(zhàn)和潛在研究方向。

鋁離子電池正極、電解液和負(fù)極對(duì)應(yīng)的三大挑戰(zhàn)如圖2所示。包括大規(guī)模、低成本正極材料的制備、廉價(jià)新型電解液的研發(fā)和負(fù)極枝晶和腐蝕問題的解決。

圖2 鋁空氣電池的挑戰(zhàn)。

目前常見的幾種鋁空氣電池正極材料綜合比較如圖3所示。比較了碳、過渡金屬化合物和復(fù)合材料正極的成本、能量密度、功率密度、環(huán)境友好性和循環(huán)穩(wěn)定性,確定碳材料最具應(yīng)用潛力。

圖3 碳、過渡金屬化合物和復(fù)合材料正極的特征比較。

最具應(yīng)用潛力的碳材料中,比較了金屬有機(jī)骨架碳、聚合物碳和可持續(xù)碳的成本、能量密度、功率密度、環(huán)境友好性和循環(huán)穩(wěn)定性,突出了可持續(xù)性碳材料的優(yōu)勢(圖4)。

圖4 金屬有機(jī)骨架碳、聚合物碳和可持續(xù)碳的特征比較。


根據(jù)電網(wǎng)儲(chǔ)能、電子設(shè)備和電動(dòng)汽車的應(yīng)用需求,展望了鋁離子電池的設(shè)計(jì)和裝配(圖5)。生物碳材料、多孔負(fù)極和混合離子電池可能是將來鋁離子電池研究的重點(diǎn)。

圖5 實(shí)際應(yīng)用高性能AIBs的設(shè)計(jì)和裝配。




作者介紹


作者信息:論文第一作者(第一通訊作者)徐小龍博士

徐小龍博士畢業(yè)于北京工業(yè)大學(xué),師承于汪浩教授;現(xiàn)為齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院)材料科學(xué)與工程學(xué)院直聘副教授,F(xiàn)rontiers in Materials期刊審稿編輯。理論研究方面:從事于電化學(xué)儲(chǔ)能材料和器件的研究,主要包括金屬有機(jī)框架、電池材料、碳材料、金屬空氣電池、金屬離子電池和鉛酸電池等;應(yīng)用研究方面:從事于商業(yè)化磷酸鐵鋰正極材料的改性、廢舊鋰離子電池回收處理和鉛酸電池負(fù)極改性等研究。在Materials Horizons、Nano-Micro Letters、Chemical Engineering Journal、Journal of Cleaner Production、Journal of Energy Chemistry等國際期刊發(fā)表論文30余篇,H因子為11。

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