全固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)取代傳統(tǒng)鋰離子電池中易燃的有機(jī)電解液，表現(xiàn)出高安全性和高能量密度等雙重優(yōu)勢，成為下一代關(guān)鍵電化學(xué)儲(chǔ)能體系的研究熱點(diǎn)之一。設(shè)計(jì)具有高離子電導(dǎo)率和界面兼容性的固態(tài)電解質(zhì)是實(shí)現(xiàn)高性能全固態(tài)電池的關(guān)鍵。近年來，鹵素化學(xué)在電池電化學(xué)中的應(yīng)用引起廣泛關(guān)注。其中，含鹵素固態(tài)電解質(zhì)具有高離子電導(dǎo)率、良好的機(jī)械形變性和寬電化學(xué)窗口，在全固態(tài)電池中發(fā)揮著重要的作用。因此，對鹵素固態(tài)電解開展系統(tǒng)性研究以及深入理解鹵素化學(xué)與電池電化學(xué)性能之間的關(guān)系對開發(fā)高性能全固態(tài)電池具有重要意義。近日，華北電力大學(xué)首次以第一單位在國際頂級期刊《自然綜述：化學(xué)》(Nature Reviews Chemistry, IF = 36.3)上在線發(fā)表了田華軍教授團(tuán)隊(duì)最新研究成果。文章題目為“Halogen chemistry of solid electrolytes in all-solid-state batteries”。我校能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院博士研究生賀碧嬌為第一作者，辛燕副教授、田華軍教授為通訊作者。Nature Reviews Chemistry是Nature雜志旗下子刊，主要發(fā)表與化學(xué)相關(guān)的多學(xué)科領(lǐng)域的原創(chuàng)研究文章、評論文章和綜述文章。
鹵素化學(xué)在全固態(tài)電池中的應(yīng)用
文章系統(tǒng)總結(jié)了鹵素電池電化學(xué)的發(fā)展歷史、含鹵素固態(tài)電解質(zhì)的研究進(jìn)展與面臨的問題和挑戰(zhàn)，詳細(xì)討論了含鹵素固態(tài)電解質(zhì)的制備、改性和電池電化學(xué)性能分析，全面剖析了鹵素在全固態(tài)電池中的物理和化學(xué)作用、離子傳輸機(jī)制及設(shè)計(jì)原則，深入解析了鹵素化學(xué)機(jī)制與固態(tài)電解質(zhì)性能優(yōu)化之間的關(guān)系，討論了鹵素固態(tài)電解質(zhì)在實(shí)際應(yīng)用中面臨的主要挑戰(zhàn)和前景，對鹵素固態(tài)電解質(zhì)進(jìn)行了全面總結(jié)和討論，為探索和設(shè)計(jì)高性能固態(tài)電池提供了參考。
近年來，田華軍教授團(tuán)隊(duì)始終聚焦智能電網(wǎng)與局域儲(chǔ)能用儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池材料與電池電芯本質(zhì)安全的痛點(diǎn)和難點(diǎn)，依托國家儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái)等開展了系列本質(zhì)安全儲(chǔ)能電池科學(xué)研究與技術(shù)攻關(guān)工作。團(tuán)隊(duì)先后發(fā)表了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)研究成果，主要包括：首次實(shí)現(xiàn)高安全海水基水系鋅電池技術(shù)(《自然·通訊》 Nature Communications , 2021)、開發(fā)了高性能鋰電池硅基負(fù)極材料( Advanced Functional Materials , 2021)、開發(fā)了高安全高功率水系金屬離子電池與器件(《自然·通訊》 Nature Communications , 2022)以及掌握了全固態(tài)電池技術(shù)與含鹵素固態(tài)電解質(zhì)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則( Nature Reviews Chemistry , 2023)等。
田華軍，華北電力大學(xué)能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，儲(chǔ)能電池材料與應(yīng)用技術(shù)研究所所長，國家儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái)-電化學(xué)儲(chǔ)能材料與器件團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。2021榮獲中國新銳科技人物卓越影響?yīng)?。田華軍教授長期從事單價(jià)離子電池，包括全固態(tài)鋰電池、鈉離子電池;多價(jià)離子電池，包括高安全性鎂、鋁、鋅離子電池在內(nèi)的高比能二次新型儲(chǔ)能電池研究。在 Nature Reviews Chemistry , Nature Communications (4篇)， Science Advances 等期刊上發(fā)表高水平學(xué)術(shù)文章50余篇，被引3600余次，申請專利14項(xiàng)，授權(quán)8項(xiàng)。所領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)開發(fā)應(yīng)用于智能電網(wǎng)與局域儲(chǔ)能用儲(chǔ)能系統(tǒng)的高能量密度、寬溫區(qū)、長壽命、高安全水系金屬離子電池、低成本鈉離子電池、高安全固態(tài)鋰電池儲(chǔ)能體系。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41570-023-00541-7#citeas
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