蒋加兴教授在水溶性新电池方面研究取得重要进展

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众所周知，全球可持续发展的需求促进了太阳能、风能和潮汐能等可再生能源技术的进步。因此，随之而来的问题是如何高效、可靠地存储这些能源。对于大规模储能装置而言，安全性、成本和使用寿命是首先要考虑的因素，特别是延长储能装置的使用寿命，可以显著降低其成本。水系锌电池（AZBs）具有合适的沉积/剥离电位，高的容量（820 mAh g-1）和低成本的优势。目前，AZBs的正极主要是基于无机材料，包括过渡金属氧化物或硫化物，聚阴离子材料和普鲁士蓝及其同系物等，然而，在重复的Zn2+插层或H+/Zn2+共插层过程中，大多数正极材料容易出现溶解和结构不稳定等问题，导致快速的容量衰减和短的循环寿命。与普通摇椅电池的不同的是，经典的双离子电池在充电过程中，其正极存储的电荷载流子为阴离子，这避免了Zn2+的插层或H+/Zn2+的共插层，为实现长循环寿命的水溶液锌电池提供了有效的电池设计方案。

        近日，我院蒋加兴教授与美国俄勒冈州立大学纪秀磊教授（共同通讯作者）发现了一系列不同连接结构和电子结构的聚芘作为水系双离子锌电池（AZDIBs）的有机正极材料。研究表明，可以通过改变聚芘结构中芘单元上的连接位点调控其电子结构，进而实现对其氧化还原活性的调节。通过1,3,6,8-位点连接的聚芘CLPy具有高度离域的HOMO分布、高的HOMO能级、窄的带隙和高的表面积的特点，因而能够实现高的Cl-存储容量（180 mAh g-1），远高于其它两个线性聚芘LPy-1（24 mAh g-1）和LPy-2（44 mAh g-1）。更重要的是，CLPy具有十分优异的循环稳定性，在50 mA g-1的电流下循环800次后，容量保持率为97.4%，即使在3 A g-1的电流下循环38000次后仍能实现96.4%的容量保持率。此外，CLPy还具有低的自放电速率的特点，在放置28天后大约还有90%的容量保持率，其优异的电化学性能表明，CLPy是一种极具发展潜力的高性能AZDIBs正极材料。相关研究成果以“Tailoring the Linking Patterns of Polypyrene Cathodes for High-Performance Aqueous Zn Dual-Ion Batteries ”为题发表在Energy & Environmental Science (影响因子：30.289)上。论文第一作者为我院青年教师张崇博士。


        文章来源：陕西师范大学
        蒋加兴，陕西师范大学教授。2001年毕业于华南理工大学高分子材料科学与工程专业，并于2006年取得该校材料学工学博士学位，师从著名的有机固体/光电材料专家, 中科院院士曹镛教。从2006年8月至2011年11月在英国利物浦大学化学系(University of Liverpool) Andrew I Cooper教授的科研小组从事有机微孔聚合物方面的研究工作,2012年3月到陕西师范大学材料科学与工程学院工作。2013年4月，蒋加兴教授入选陕西省“百人计划”。
    目前研究工作主要包括：（1）有机共轭微孔聚合物材料的分子设计、合成及表征；（2）气体（如H2, CO2, CH4等）在有机微孔聚合物材料中的吸附、储存及分离；（3）有机/有机金属微孔聚合物材料在非均相催化和光催化分解水制氢等领域的应用研究。先后参加了国家自然科学基金、863专项、973重大项目及英国EPSRC等近10个项目的研究工作，取得了一系列创新性成果。