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成果一：一种基于双正极结构的锌空电容器电池及其制备方法
所属领域
新能源与节能
成果简介
碱性电解质是锌空气电池的常用电解质，但碱性锌空电池中锌负极的严重副反应和枝晶生成，导致充放电循环能量效率低和电池快速失效。相比之下，中性电解质更环保、温和，可以赋予锌空电池更好的使用寿命。但是中性锌空电池通常表现出较差的负载氧还原反应和氧析出反应反应动力学性能，相应电池的充放电过电势很大，倍率性能差。
金属离子电容器是一种电化学电容器，通常由多孔碳正极和金属负极组成，能够以高速率进行充放电，提供高能量密度。由于多孔碳和锌金属的低成本特点，锌离子电容器是安全、高功率、低成本储能技术。然而锌离子电容存在能量密度低的缺点，限制了其广泛应用
针对上述问题，本成果提供了一种基于中性电解液双正极结构锌空电容器电池及其制备方法。在中性锌空电池的基础上，向体系中引入电容电极，将锌空气电池的高能量特性和超级电容器的高功率特性结合在一个装置中，构建了“锌空气电容器电池”。电容电极的引入降低了锌空电池充放电的过电势，提高了电池的功率，延长了电池的使用寿命，同时，为未来新型多功能电子器件的开发提供了新的思路。
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成果二：一种掺杂型钠离子镍铁锰基单晶电池正极材料
所属领域
新材料
成果简介
钠离子电池（SIBs）由于具有与锂离子电池相似的电化学特性，且具备原料成本低，电压高，钠资源丰富和分布均匀的优势，受到人们的广泛关注。正极材料是SIBs的关键组成部分，主要有聚阴离子材料、普鲁士蓝类似物、有机材料和层状过渡金属氧化物。其中，层状过渡金属氧化物因其具有柔韧性、可逆容量高、操作电压合适及合成方法简单等优点，是一种很有应用潜力的钠离子电池正极材料。当前，层状过渡金属氧化物的制备方法主要有溶胶凝胶法和高温固相法。其中，溶胶凝胶法在生产环节中使用的有机试剂会挥发，对环境及人体造成一定的伤害，不利于推广应用。而传统固相法很难得到形貌规则的材料，循环稳定性较差。这两种方法都很难直接制备得到具有特定形貌的单晶正极材料。此外，传统单晶材料的合成还需要进行预处理以得到前驱体，一定程度上增加了流程的复杂程度。
本成果提供了一种氟离子掺杂的镍锰基过渡金属氧化物单晶结构材料，该材料的制备无需前处理，仅通过调控熔盐比例和温度进行烧结制备，不接触有机试剂，绿色环保，操作简单。该材料具有单晶结构，用于制备正极材料可以改善正极材料的倍率性能和循环稳定性，通过调控熔盐比例，有助于边缘规则形貌的形成，减弱电解液导致晶体结构大幅度开裂的副反应。而且，特殊的F掺杂可以有效降低镍、铁、锰的价态，加快钠离子的传输速率。本成果的原材料易得，成本低廉，具有很好的应用前景。
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成果三：一种有机相-水相自分层的锌溴自分层电池及其制备方法
所属领域
新能源与节能
成果简介
锌溴电池具有高安全性、大容量和低廉成本的优势，在中大型储能领域具有很大的应用潜力。锌溴电池的关键技术挑战是，充电生成的多溴化物容易溶解在电解液中并穿梭至锌负极，造成严重的自放电和锌负极腐蚀，从而降低了电池的能量效率和循环寿命。为了解决上述问题，常用的策略是利用离子选择性膜来限制多溴化物向负极的扩散，但是制备具有高选择性的膜材料存在挑战，生产成本很高，且多溴化物对离子选择性膜的腐蚀还会缩短电池寿命。其它策略还包括使用溴络合剂、设计正极载体结构、使用厚隔膜等，但这些策略对抑制多溴化物穿梭的能力有限，锌溴电池在大容量工作时仍发生快速的容量衰减行为。
本成果提供了一种有机相-水相自分层的锌溴电池，该锌溴电池无隔膜，其中以锌金属作为负极，导电碳基材料作为正极集流体，含锌离子的水相作为负极电解液，含溴离子和多溴化物的有机相作为正极电解液。由于锌溴电池充电状态下在正极生成的多溴化物在有机相比在水相有明显更高的溶解度，使得多溴化物只停留在正极有机相中，而不会向负极水相穿梭。因此，相较于传统锌溴电池，自分层锌溴电池的能量效率和循环稳定性得到了显著提升。本成果的电池具有安全性高、寿命长、成本低的优点。
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成果四：一种单电解液双阴极结构锂空电容器电池及其制备方法
所属领域
新能源与节能
成果简介
锂空气电池和超级电容器分别具有突出的能量密度和功率特性。“锂空气电容器-电池”将锂空气电池特性和电容特性整合在一个器件内部。现有基于有机-水双电解液体系的“锂空气电容器-电池”使用的是双电解液体系，使用的陶瓷隔膜本身导电性较差、易碎、难以制备，且器件封装比较困难，容易造成漏液现象。此外，其空气电极置于水系电解液中，需要附加的析氧电极来实现空气电池充电过程，这进一步使器件结构复杂化，并且充电过程是水的电解过程，需要在器件的工作过程中及时补充电解液。
为了克服上述现有技术的不足，本成果构建了一种单一电解液双阴极结构锂空电容器电池，其结构包括锂负极，隔膜，单一有机电解液以及由电容阴极、气体阻挡层和空气阴极组成的双阴极结构的正极。电容阴极的引入可实现锂空电容器电池所具有超级电容器的高功率密度特性。气体阻挡层的主要作用是防止放电产物在电容阴极的沉积，从而在一定程度上保障电容阴极的多孔结构不被放电产物堵塞。空气阴极具有存储及分解Li2O2放电产物的作用。单一电解液的体系使器件封装简单，大大缩小了器件的体积，扩宽了器件的应用范围。该单一电解液双阴极结构锂空电容器电池有望为将来开发新型多功能复合电子器件、电子器件实现更优异性能提供新的路径。
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成果五：一种赝电容基超级电容器二极管
所属领域
新能源与节能
成果简介
超级电容器二极管将二极管的特性集成到双电层电容器中，只能在一个充电方向提供储能，在电网稳定、信号传播和逻辑运算等领域具有巨大作用。现有超级电容器二极管存在一些不足之处。比如，有研究构建的CAPode器件要求具备严格的孔-尺寸工程，进而大大增加了多孔碳(尤其是纯微孔碳)的制造成本和复杂程度。还有研究使用聚阳离子基PVBIm·(TFSI)n或聚阴离子基(EMIM)n·PSTFSI)这两种聚离子液体中的一种作为电解质，成功构筑了具有正向或反向偏压充电能力的CAPode，但由于聚离子液体合成工序较为复杂且聚合度难以控制，导致成本相对其它电解液体系更高，且由于离子液体电解液的离子传输能力弱，进而造成器件快速充放电性能不佳。因此，开发工艺简单、成本低廉且离子传输快的电解液和电极材料体系，并在此基础上设计兼具储能和整流特性的新型储能电子元件仍具有巨大的挑战。
为了克服上述现有技术的不足，本成果提供了一种赝电容基超级电容器二极管，该超级电容器二极管基于赝电容电极材料与水系碱性电解液中阴阳离子的选择性氧化还原反应来构筑得到。水系碱性电解液的使用可以避免严格的碳电极孔-尺寸工程和聚合离子液体复杂的合成工序，且不需要苛刻的无水环境，从而极大简化了超级电容器二极管的组装过程并降低了成本。同时，本成果将金属氧化物和碳材料作为两极构筑赝电容基超级电容器二极管，将离子二极管的单向离子传输特性(正向导通、反向截止)集成到超级电容器器件内部，成功地将二极管的单向导通特性整合到赝电容器中，从而实现了同时具备快速离子传导/存储和有效阻断单向电流相应的功能。
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020-84115268，15875072084
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