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新材料学院与华科合作在Cell子刊发表新一代锂电池从基础到产业化综述与展望文章
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    新材料学院2019年10月28日讯,我院潘锋教授团队在研究工作中取得关键进展。

    随着5G、可穿戴电子、电动车和大规模储能的发展,对锂电池的性能提出更高的要求,需要发展新一代锂电池。锂电池(属于碱金属电池,AMB)因其比容量高,氧化还原电位低而成为了最有前景的下一代高比能电池体系。然而,枝晶生长和严重的安全隐患限制了锂电池的产业化。经过多年的发展,在碱金属负极的产业化的过程中,其在安全性和循环寿命方面仍然存在巨大的挑战。

  

图1  碱金属负极三部曲:从实验室到产业化   

    近期,北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授课题组与华中科技大学黄云辉团队合作在国际顶级能源杂志JouleCell 子刊)期刊上发表题为碱金属负极:从实验室到产业的综述和展望论文(Alkali-Metal Anodes: From Lab to Market ,Joule (2019) 3, 2334)。文章将碱金属负极的产业化过程分为三个阶段:第一个阶段是碱金属负极的基础研究;第二阶段是碱金属负极在特定电池体系中的应用,如碱金属-硫电池、碱金属-氧气电池和固态电解质;第三阶段是如何实现产业化,讨论了面向产业化安全、成本和实际能量密度方面的要求。文章在概括碱金属研究进展的基础上,试图探索碱金属负极在特定电池体系中的应用,并重点讨论了在该领域的基础研究与应用开发及产业化之间的内在联系,以期为碱金属负极的未来发展提供参考。

图2  固态电池界面工程的典型策略和理论解释

    在下一代电池体系中的应用中,碱金属负极被认为是下一代电池理想的电极材料,因为他们有一个完美匹配高比容量的硫和氧气正极。此外,全固态电池良好的安全性能也为碱金属负极的应用带来了新的机遇,它包括锂、钠和钾金属负极及硫为正极的固态电池。

图3  碱金属硫电池中的负极保护典型策略

    产业化应用中涉及的主要问题包括电池性能的真实评估、电池安全性的考虑、电池成本的控制以及电池的可加工性。虽然目前碱金属负极的产业化进程还处于初级阶段,其存在的安全性差,库伦效率低等问题还有待解决。文章相信在学术界和产业界的共同努力下新一代电池最终会实现产业化。

图4  新一代不同电池配置的特点

    向经纬博士和杨卢奕博士为本文共同第一作者,黄云辉、袁利霞和潘锋教授为共同通信作者。该工作得到了国家材料基因工程重点研发计划、广东省重点实验室、深圳市科技创新委员会等项目的大力支持。

    

文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S254243511930371X