近日，物理學(xué)院、中原之光實(shí)驗室李新亮教授團隊（復雜安全儲能課題組）在安全儲能、鹵素電池以及低維材料應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)院為論文獨立單位、第一單位和/或通訊單位。

在當今能源密集型應用背景下，為滿(mǎn)足電動(dòng)交通、可再生能源集成和便攜設備的長(cháng)時(shí)間運行需求，開(kāi)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)壽命等方面占據優(yōu)勢。然而當前開(kāi)發(fā)的單質(zhì)型鹵族正極存在人體有害、高電阻、熱穩定性差、嚴重穿梭效應、自放電等本征熱動(dòng)力學(xué)缺陷。其服役時(shí)面臨反應動(dòng)力學(xué)遲滯、循環(huán)壽命短、能量效率低等問(wèn)題，且對電極的制備工藝和應用場(chǎng)景要求苛刻。此外，當前鹵族正極的轉化機制止步于單電子轉移模式，在單質(zhì)-離子間進(jìn)行可逆轉化，導致小的放電容量、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。

李新亮教授團隊創(chuàng )新性地提出開(kāi)發(fā)高電化學(xué)活性的非單質(zhì)型鹵族有機物、無(wú)機物、雜化物來(lái)克服傳統單質(zhì)型正極的熱動(dòng)力學(xué)缺陷，作為活性鹵素正極材料服役，具備安全、穩定、高鹵素豐度、高電化學(xué)活性的物化特征，能夠滿(mǎn)足低成本、規模化生產(chǎn)的技術(shù)需求。在此基礎上，團隊利用鹵族元素多價(jià)態(tài)轉變的特點(diǎn)，通過(guò)激活全新多電子轉化化學(xué)，為鹵族電極提供全新的儲能機制，全面提升鹵素電池的電化學(xué)性能，實(shí)現放電容量和能量密度的倍數級增長(cháng)，構建了兼具高能量密度、長(cháng)循環(huán)壽命的一系列鹵素電池。除上述研究性進(jìn)展外，團隊基于對新型二維MXene以及新型陰離子載流子儲能機理的深入理解和獨特觀(guān)點(diǎn)撰寫(xiě)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化領(lǐng)域的發(fā)展前景以及陰離子載流子儲能應用方面進(jìn)行了總結和展望。

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