隨著(zhù)太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源利用率不斷提高，開(kāi)發(fā)低成本、高性能的可充電儲能電池成為世界追逐目標。鋅價(jià)格低廉，每克理論容量高達820毫安時(shí)，且具有良好的水兼容性和穩定性，適合大規模生產(chǎn)應用，因此可充電水系鋅電池應用前景廣闊。然而水系鋅電池發(fā)展一直受制于正極材料可選種類(lèi)少、鋅脫嵌動(dòng)力學(xué)慢等難題困擾。
有機醌類(lèi)化合物在自然界中無(wú)處不在，研究人員已從植物、真菌、海洋動(dòng)物和昆蟲(chóng)中發(fā)現了超過(guò)2400種的醌類(lèi)。發(fā)展基于非脫嵌反應機制和多電子轉移新型有機醌類(lèi)電極材料對提升鋅電池容量和循環(huán)穩定性具有重要意義。
目前，電活性醌電極一般使用有機電解質(zhì)，根據相似相容原理，醌類(lèi)化合物易溶解于有機溶劑，帶來(lái)活性物質(zhì)損失和電池壽命短等難題。陳軍院士團隊多年來(lái)一直致力于有機醌類(lèi)電極材料設計、制備和應用，他們利用電解質(zhì)改性、聚合、鹽化、負載等方法，不僅提高了醌類(lèi)的容量保持率，還通過(guò)合理結構設計將醌類(lèi)化合物作為正極應用于了可充水系鋅電池，首次獲得了335毫安時(shí)每克的比容量，充放電平臺電壓差低至70mV，能量效率高達93%，并且循環(huán)1000次之后，電池容量保持率仍為87%，電池循環(huán)穩定性可媲美無(wú)機電極材料。該團隊研制的有機水系鋅電池能夠提供220瓦時(shí)每公斤的能量密度，遠超當下普遍使用的水系鉛酸電池，與目前商業(yè)化的鋰離子電池相當。由于水系鋅電池具有能量密度高、安全可靠、成本低廉、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，也為未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)、規模儲能等重大應用提供了新選擇。
