超快充水系鋅離子電池新機制研究取得新突破

6月16日，記者從武漢理工大學獲悉，該校材料科學與工程學院麥立強教授團隊與合作者提出了一種基于鋅離子介導催化作用實現超快充電池的新機制，研制出超高功率、本質安全的水系鋅離子電池，這為下一代超快充電池開發應用提供了新的理論基礎和技術路徑。相關研究成果日前發表在《自然·催化》雜志上。

高性能電化學儲能器件是我國電動汽車、人工智能、智能電網等戰略性新興產業的重大需求，也是實現我國“雙碳”目標的重要支撐。水系鋅離子電池是一種以水作為電解液的電池，具有安全、快充、成本低廉和環境友好等突出優勢，是一項極具應用前景的新型儲能技術。

傳統離子穿梭模型反應速率受限于菲克第二定律的極限，難以實現倍率性能突破。針對上述國際難題，團隊創新性提出離子介導催化存儲理論，發現調控電極材料和電解液中的陽離子對溶劑鞘層水的吸附會顯著影響水裂解的反應速率和產物，遠超傳統電池反應速率，不僅合理解釋了水系鋅離子電池的快充性能反常，更提供了不同于傳統離子穿梭模型的新機制。

團隊通過三維多孔石墨烯氣凝膠限域氮化釩納米簇，實現了催化模型預測的超快充和超高倍率性能——在300A g-1的高電流密度下電池比容量達到577.1mAh g-1。該研究不僅為電池快充技術提供新的理論依據，更為促進材料科學、電化學、儲能科學、能源轉化科學的交叉融合提供新的研究范式。

據悉，這是武漢理工大學首次以第一完成單位在《自然·催化》上發表高水平研究論文。武漢理工大學麥立強教授、新西蘭奧克蘭大學王子運教授、美國阿貢國家實驗室Khalil Amine院士、浙江大學陸俊教授為共同通訊作者，武漢理工大學2023屆博士戴宇航、2020屆碩士陸瑞虎、2021屆本科生張成翼及2018屆博士李堅濤為共同第一作者。