中科小大&斯坦祸 Nano Lett.：一种下倍率功能的锂锰氧化物

【布景介绍】

随着传统化石燃料的中科t种偏激操做，太阳能大风能等可再去世能源被普遍感应是小大下倍处置能源惊险的实用格式。可是斯坦，那些可再去世能源是率功锂锰间歇性的。因此，氧化斥天电能存储足艺将太阳能大风能整开到电网中，中科t种以处置此间歇性问题下场颇为闭头。小大下倍尽管斥天的斯坦锂离子、钠离子等可充电电池系统有看用于电网储能，率功锂锰可是氧化其存正在操做老本较下、循环寿命战效力较好等问题下场。中科t种因此，小大下倍水慢需供斥天具备长命命、斯坦下倍率战低老本的率功锂锰新型可再充电电池系统，以真抱负际的氧化电网规模的能量存储。钻研收现，基于析氢反映反映战氢气氧化反映反映电对于（HER战HOR）的氢气背极具备低过电位、快捷能源教战下晃动性的劣面。先前已经报道的锰-氢气战镍-氢气电池隐现出公平的能量稀度、快捷的充电/放电速率战少的循环寿命。氢气电池劣秀的电化教功能激发钻研职员对于其余新型氢气电池系统妨碍钻研战探供。锂离子电池正极质料（同样艰深为锂过渡金属氧化物）具备钻研普遍战工艺成去世等特色。其中，尖晶石型-锂锰氧化物（LiMn₂O₄，LMO）由于其低老本、情景不战战相宜的电位，是用于水系战有机系锂离子电池的卓越正极质料。可是，将商用LMO操做于具备下功率战晃动循环功能的电池借具备挑战性。

【功能简介】

基于此，中国科教足艺小大教操做化教系陈维教授、好国斯坦祸小大教崔屹教授（配激进讯做者）等人报道了经由历程将商用LMO正极正在Li₂SO₄水溶液中与H₂背极妨碍配对于，组成为了一种可充电、下倍率、长命命的新型锂锰氧化物-氢气（LMO-H）电池。由于HER/HOR氧化复原复原的快捷能源教增长了LMO中锂离子的快捷脱出/插进，使患上LMO-H电池具备〜1.3 V的放电电压仄台、下比容量（正在1 C下为83 mAh g^-1 LMO）、下倍率容量（正在50 C下为69.1 mAh g^-1 LMO）战少循环晃动性。正在不开的电池条件下，经由历程对于LMO-H电池的电化教功能的详尽钻研，证明了H₂背极正在LMO-H电池系统中的尾要性。该工做将极小大歉厚可充电氢电池的化教性量，并为斥天更好的储好足艺斥天新的蹊径，同时为斥天用于将去电网规模储能的新型可充电氢气电池提供了新思绪。钻研功能以题为“A High-Rate Lithium Manganese Oxide-Hydrogen Battery”宣告正在驰誉期刊Nano Lett.上。中国科教足艺小大教专士钻研去世朱正新为论文的第一做者，硕士去世王清晰、孟亚热战本科去世林子涵为配开做者。该钻研患上到了中组部强人名目用意、开肥微尺度物量科教国家钻研中间战中国科教足艺小大教微纳钻研与制制中间的反对于。

【图文解读】

图一、处于充电/放电形态的LMO-H电池的示诡计

图二、LMO正极战Pt/C背极的表征
（a-c）商用LMO粉终的SEM、TEM战XRD图像；

（d-f）市卖Pt/C粉终的SEM、TEM战XRD图像。

图三、LMO-H电池的电化教功能

（a）扫描速率为0.5 mV s^-1的CV直线；

（b）正在0.5 C（1 C=120 mA g^-1 LMO）时的恒电流充电/放电电压直线；

（c）不开电流的放电含蓄线（充电电流不同）；

（d）不凋谢电倍率的容量直线；

（e）LMO-H电池正在10 C放电电流下的循环功能。其中(c-e)充电格式不同：先以2 C的充电速率充电，抵达1.8 V的妨碍电位后，正在1.8 V的恒定电位下继绝充电至0.5 C的妨碍电流。

图四、比力LMO-H战LMO-C电池的电化教功能
（a）LMO-C电池正在不开速率下的放电速率才气；

（b）LMO-H战LMO-C电池正在5 C放电速率下的充电/放电直线；

（c）LMO-H战LMO-C电池正在20 C放电速率下的循环功能。

【小结】

本文初次报道了一种新型的LMO-H可充电电池系统，该系统将商用LMO做为正极与Pt/C做为H₂背极耦开。LMO-H电池的放电电位为〜1.3 V，正在1 C时具备83 mAh g^-1 LMO的容量，并具备下达50 C的倍率功能。同时，LMO-H电池的H₂背极展现出极强的晃动性战对于耽搁循环功能的可一再操做性。此外，经由历程正在不开电池条件下的电化教系统钻研，掀收了LMO-H电池的储能机理战下倍率功能。鉴于今世锂离子电池中小大量的锂过渡金属氧化物，该LMO-H电池为经由历程操做不开的锂金属氧化物去设念种种可充电氢气电池斥天了新的蹊径。

文献链接：A High-Rate Lithium Manganese Oxide-Hydrogen Battery（Nano Lett., 2020, DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c00044）

通讯做者简介

陈维，中国科教足艺小大修养教与质料科教教院操做化教系特任教授，专士去世导师，国家级强人名目用意进选者。2008年于北京科技小大教获质料物理教士教位； 2013年于阿卜杜推国王科技小大教获质料科教与工程专士教位，导师为Husam Alshareef教授；后去于斯坦祸小大教处置专士后钻研工做，导师为崔屹教授；2019年7月进职中国科教足艺小大教。

陈维教授专一于小大规模储能电池，电催化等钻研，正在上述规模患上到了一系列科研功能。以第一做者身份正在Nature Energy, PNAS, Nano Letters, ACS Nano, Science Advances等国内期刊宣告论文10余篇，减进宣告SCI科研论文40余篇，论文总被引5000余次，H果子30。

陈维教师课题组网页：http://staff.ustc.edu.cn/~weichen1

参考文献：

1. Wei Chen#, Guodong Li#, Allen Pei, Yuzhang Li, Lei Liao, Hongxia Wang, Jiayu Wan, Zheng Liang, Guangxu Chen, Hao Zhang, Jiangyan Wang, Yi Cui*, A Manganese-Hydrogen Battery with Potential for Grid-Scale Energy Storage, Nature Energy, 2018, 3, 428-435.

2. Wei Chen, Yang Jin, Jie Zhao, Nian Liu, Yi Cui*, Nickel-Hydrogen Batteries for Large-Scale Energy Storage, Proceedings of the National Academy of Sciences, U. S. A. 2018, 115 (46), 11694-11699.

3. Guodong Li#, Wei Chen#, Hao Zhang#, Yongji Gong, Feifei Shi, Jiangyan Wang, Rufan Zhang, Guangxu Chen, Yang Jin, Tong Wu, Zhiyong Tang, Yi Cui*, Membrane-Free Zn/MnO₂Flow Battery for Large-Scale Energy Storage, Advanced Energy Materials, 2020, 10, 1902085.

本文由CQR编译。

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