用于可充電鋅電池的層狀氧化物

層狀氧化物可以形成電池電極的高性能材料的基礎(chǔ)。KAUST團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種廉價(jià)而簡(jiǎn)單的技術(shù)，為可充電鋅離子電池創(chuàng)造了這一關(guān)鍵因素。

鋰離子電池為我們的大多數(shù)日常電子設(shè)備供電，例如手機(jī)和筆記本電腦。但是，越來越需要將能量存儲(chǔ)在更大的尺度上，例如保留太陽能電池產(chǎn)生的電力以供夜間使用。將鋰離子電池技術(shù)擴(kuò)展到這種工業(yè)級(jí)應(yīng)用是昂貴的并且存在嚴(yán)重的安全問題，包括毒性和電解質(zhì)的可燃性。

由Husam Alshareef領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)使用水基電解質(zhì)的鋅離子電池，其具有空氣穩(wěn)定，安全，環(huán)保和廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)。“基于鋅離子的水性電池可為鋰離子電池提供更安全，更具成本效益的電網(wǎng)儲(chǔ)存解決方案，”Alshareef說。“此外，他們使用比鉛酸電池更環(huán)保的材料。”

鋰離子和鋅離子電池通過將離子電存儲(chǔ)在電極中來工作。在充電期間，離子通過電解質(zhì)從一個(gè)電極流到另一個(gè)電極，在那里它們被稱為插入的過程捕獲。這意味著電極材料是優(yōu)化電池性能的關(guān)鍵。

在最近的鋅離子電池研究中顯示出很多前景的一類材料是釩基化合物。這些材料具有分層且非常開放的原子晶體結(jié)構(gòu)，具有足夠的空間用于捕獲和儲(chǔ)存鋅離子。

該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已開發(fā)出一種微波方法，可快速合成超長的焦釩酸鋅(Zn3V2O7(OH)2·2H2O)陰極。他們將Zn(NO3)2·2H2O與市售的NH4VO3粉末混合，各自溶解在去離子水中，并施加微波輻射以誘導(dǎo)反應(yīng)。然后將所得材料干燥，然后用于電池中。

他們表示，這種鋅離子電池可以達(dá)到每公斤214瓦特小時(shí)的能量密度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于之前報(bào)道的鋅離子水電池和商用鉛酸電池，穩(wěn)定性提高。

該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，他們的微波技術(shù)也可用于制造其他金屬焦釩酸鹽化合物，Chuan Xia博士解釋說。學(xué)生和該研究的主要作者。“我們已經(jīng)制造了一些化合物，其中鋅被其他陽離子取代，產(chǎn)生更大的金屬氧化物多面體，能夠嵌入更多的鋅離子，”夏說。