循环性能优异的水系镍锌电池的研发

随着能源危机与全球变暖的愈演愈烈，电化学储能器件发挥着越来越重要的作用。相比传统的锂离子电池，水系可充放电电池因为安全性高、成本低廉、离子导电率高以及倍率性能好等优点受到了研究人员的广泛关注。在众多水系储能器件中，Ni-Zn电池因具有成本低、使用安全、环境友好、电压高和容量较大等优点被视为代替锂离子电池的一种可能选择。然而，目前研究报道的大部分Ni-Zn电池Ni基正极容量偏低，制约了Ni-Zn电池的进一步发展。因此，设计并开发一种高容量的水系Ni-Zn电池具有重大意义。

图1基于Ni@NiO为正极组装的Ni-Zn电池的能量密度与功率密度

针对该问题，中山大学化学学院2015级本科生王锐等人在卢锡洪副教授与姜久兴教授指导下，基于镍-氧化镍核壳结构正极材料设计了一种高能量密度、循环性能优异的水系Ni-Zn电池。相比于空白泡沫镍正极，具有核壳结构的Ni@NiO正极材料反应活性更高，比表面积更大，更有利于电子的传输和离子的扩散。因此，基于Ni@NiO正极组装的水系Ni-Zn电池能量密度高达15.1mWhcm?3，功率密度达到1392mWcm-3，高于很多研究报道的水系电池。而且，这种Ni@NiO核壳电极容易大面积制备，具有优异的循环稳定性。此外，组装的Ni-Zn电池具有很好的机械强度，压缩受力基本上不影响它的性能。该研究成果发表在国际著名学术期刊《Adv.Funct.Mater.》上（RuiWang,YiHan,ZifanWang,JiuxingJiang*,YexiangTongandXihongLu*Adv.Funct.Mater.,2018,28,1802157），题为“Nickel@NickelOxideCore–ShellElectrodewithSignificantlyBoostedReactivityforUltrahigh-EnergyandStableAqueousNi–ZnBattery”。

上述研究工作得到了国家自然科学基金、广东省自然科学杰出青年基金、广东省特支计划科技创新青年拔尖人才项目、青年千人项目、广州市珠江科技新星专项等项目的资助。