全新電極材料可大幅提升容量經濟實惠且環保無毒
大多數儲能裝置使用有毒且昂貴的過渡金屬作為電極材料。例如,鋰離子電池以鈷和鎳等金屬為基礎,這些金屬已知會引起皮膚刺激、過敏,甚至癌症。有鑑於此,全球大學網絡(Worldwide Universities Network,簡稱WUN)的科學家們開始了一項研究項目,開發含有極少量有毒金屬的導電電極材料。
他們使用儲量豐富、環保原材料合成的聚合物多孔材料作為電池電極。他們還設計了離子導體功能材料作為固態電解質,以提高電化學性能。
全球大學網絡是由24所研究主導型大學組成的非營利性聯盟,成立於2000年,香港中文大學和台灣成功大學也在其中。它向成員大學提供財政和基礎設施支持,以支持國際研究合作和學術流動。
注:24家大學會員名單
據悉,在上述最新研究中,他們的關鍵成果是開發了一種小分子有機電極材料——六氮雜蒽(HATA)嵌入醌(HATAQ)。通過將共軛醌基團引入到缺乏電子的六氮二苯衍生物核中,全新電極材料顯示出獲得超高金屬離子存儲容量的潛力。
台灣成功大學(NCKU)教授Watchareeya Kaveevivitchai說:“有機電極材料有很多優點,比如低成本和環保。它們還包含大量的氧化還原活性位點,能夠在氧化還原電位下經歷多電子轉移過程,如果適當調整,可以導致高能量密度。”
此外,受到這種新型電極材料在鋰離子電池中優異電化學性能的啟發,科學家們還研究了該化合物作為其他可充電電池系統的陰極,這些系統被認為是更安全、更便宜的,例如鈉電池和新電池。他們的研究結果已於近期發表在了《材料化學雜誌A》上。
具體來說,在使用1摩爾ZnSO4溶液作為電解質的可充電鋅離子電池中,大量的氧化還原活性位點和延長的共軛使其提供了492 mAh/g的超高容量,而且表現出極強的穩定性,即使在1000次循環後仍能保留99%。
研究人員表示,這種新型電極材料的性能是迄今為止報導的水性鋅離子電池中最好的。