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化工学院朱晓东教授团队在锌基电池领域发表系列研究成果
发布时间:2026-09-14    作者:朱晓东      初审:崔培哲     终审:贾建闯    点击:[]

锌基电池具有安全不燃爆、成本低且锌资源丰富自主可控、环保可回收等突出优势,在储能领域备受关注。近日,朱晓东教授团队在锌基电池方向取得了系列突破,研究成果受到了国内外同行的广泛关注。

针对锌‑空气电池氧还原反应(ORR)固有的活性-稳定性权衡难题,团队提出d-p轨道杂化的电子结构调控策略,构建三元PtGaGe合金催化剂,在碱性条件下展现出优异的ORR性能:半波电位0.90 V vs. RHE,Pt质量活性可达1.79 A·mgPt-1,显著优于商用Pt/C。以其为阴极的锌-空气电池峰值功率密度可达207.6 mW・cm-2,10 mA·cm-2条件下可稳定运行200 h。原位谱学与DFT理论计算表明,Ga、Ge共掺杂引发Pt位点空间电子重分布,调控Pt d带中心,不仅活化了O-O键加快反应动力学,又能抑制Pt的溶出,同步突破了活性-稳定性矛盾。该成果以“Dual d-p hybridization in Ternary PtGaGe Enables Concurrent Activity and Stability Enhancement for Alkaline Oxygen Reduction”为题发表于国际权威期刊Angewandte Chemie International Edition(中科院一区,影响因子:16.9), DOI: 10.1002/anie.6156560,第一作者为我校博士生张倩,通讯作者为我校朱晓东教授、张永超副教授与皇家墨尔本理工大学的张晓俐教授,青岛科技大学为第一单位。

针对水系锌硫电池硫电极导电性差、易生成电化学惰性副产物,以及硫正极可逆性差、反应动力学迟缓等瓶颈,该团队利用空间限域效应制备了短链硫分子(S₂₋₄),相比传统的环状硫分子(S₈)大大简化了反应路径,有效抑制了不可逆副产物的生成,并赋予电池快速的氧化还原动力学与出色的反应可逆性,在5 A g⁻¹的电流密度下电池循环600次后,可逆比容量仍高达527 mAh g⁻¹;在1524.5 W kg⁻¹的功率密度下,能量密度达到369.8 Wh kg⁻¹(均基于活性硫质量计算)。为进一步拓宽短链硫的实际应用场景,该团队还设计并评估了柔性准固态水系锌硫电池,该电池同时展现出卓越的电化学性能与优异的机械柔韧性。该成果以“Spatial-confinement-tailored short-chain sulfur molecules enable high-capacity and long-life aqueous zinc-sulfur battery”为题发表于国际知名期刊‌Materials Science & Engineering R: Reports(中科院一区,影响因子:21.1),DOI:10.1093/nsr/nwag091,第一作者为我校博士生董尚海,通讯作者为我校朱晓东教授、绍兴大学舒杰教授,青岛科技大学为第一单位。

针对传统液态电解质中游离水分子易引发正极碘物种溶解与负极锌的腐蚀/钝化问题,该团队通过引入液态金属纳米液滴,构建了一种双功能LM-AP电解质,促进了Zn²⁺脱溶剂化行为,引导均匀锌沉积并有效抑制析氢等副反应;同时,磺酸根基团产生的静电排斥作用与液态金属纳米液滴的化学吸附协同阻隔了多碘化物的迁移,展现出卓越的循环稳定性。该成果以“Liquid metal synergistic polyanion self-adaptable gel electrolyte for stabilizing dual electrode/electrolyte interfaces in ultra-durable Zn-I2batteries”为题发表于国际知名期刊Energy Storage Materials(中科院一区,影响因子:19.3),DOI: 10.1016/j.ensm.2025.104786,第一作者为我校博士研究生唐丽君,通讯作者为我校朱晓东教授、高健副教授,青岛科技大学为第一单位。另外,针对锌‑碘电池碘正极多碘离子穿梭效应、氧化还原动力学迟缓的难题,该团队借助d‑π共轭效应调控Ni原子电子结构,构建了电正性Ni活性位点,实现材料表面电荷反转。装配的锌碘电池在20 A g-1大电流下可稳定循环100000次,库仑效率接近100%;组装软包电池具备优异实际应用能力,可驱动电子器件长时间稳定工作。该成果以“d-π conjugation unlocking electropositive NiO nanocrystals toward ultrahigh-loading and ultralong-life zinc-iodine batteries”为题发表在国际知名期刊《Science China Chemistry》(中科院一区,影响因子:9.6),DOI:10.1007/s11426-026-3389-2,第一作者为我校博士生唐丽君,通讯作者为我校朱晓东教授、高健副教授和济南大学原长洲教授,青岛科技大学为第一单位。

以上研究成果得到了国家自然科学基金、NSAF联合基金、山东省自然科学基金、青岛科技大学科研启动经费等项目资助。

原文链接:

https://doi.org/10.1002/anie.6156560;

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag091;

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2025.104786

https://doi.org/10.1007/s11426-026-3389-2。


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