随着化石燃料的快速消耗以及对可穿戴电子产品和电动汽车需求的不断增长，具有高体积能量密度的紧凑型储能装置的开发已成为全球关注的问题。在过去的几十年中，高能量密度的锂离子电池受到了人们的广泛关注，但是成本、可用性和可持续性问题严重阻碍了它们的进一步大规模应用。作为最先进的能量储存设备之一，水系电池由于其高安全性，环境友好性和低成本而备受关注。在这些水系可充电电池中，水系镍锌（Ni-Zn）电池因其具有高工作电压（~1.8 V）和低可燃性而被认为是锂离子电池的有前途的替代品。目前，水系镍锌电池的主要缺点是能量密度低和循环稳定性差。因此，开发高性能的水系镍锌电池阴极材料已成为当务之急。

近日，浙江工业大学曹澥宏教授（点击查看介绍）课题组联合中山大学卢锡洪教授（点击查看介绍）课题组在Journal of Materials Chemistry A 期刊上发表文章，提出了一种利用毛细收缩的合成策略，相比于真空干燥，得到的MOF/GO复合材料具有更高的密度和机械强度。将高密度MOF/GO进一步煅烧硫化得到致密结构的NiS₂/rGO复合阴极材料，可同时实现Ni-Zn电池的高体积和高质量能量密度。该NiS₂/rGO独特的纳米孔致密网络结构不仅有利于电解质离子快速扩散，而且具有高电导率和丰富的活性位点。基于该材料组装的镍锌电池具有极高的体积能量密度（基于电池的总体积为18.7 m Wh cm^-3）和高质量能量密度（基于阴极的总质量为357.7 Wh kg^-1），并且具有出色的循环稳定性（循环2000次之后容量保持率仍有80.5%）。更有趣的是，电池在极端条件（如锤击、弯曲）下依旧运行稳定。这项工作为具有高体积能量密度的紧凑型储能装置的设计提供了新的思路。

图1. HD-MOF/GO和LD-MOF/GO的宏观、微观形貌、密度对比图；一系列HD-MOF/GO的机械性能图

图2. HD-NiS₂/rGO-5//Zn电池的循环稳定性及抗冲击性能

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An ultra-dense NiS₂/reduced graphene oxide composite cathode for high-volumetric/gravimetric energy density nickel-zinc batteries

Wenhui Shi, Jing Mao, Xilian Xu, Wenxian Liu, Lin Zhang, Xiehong Cao, Xihong Lu

J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 15654-15661, DOI: 10.1039/C9TA04900B

导师介绍

曹澥宏

https://www.x-mol.com/university/faculty/18746

卢锡洪

https://www.x-mol.com/university/faculty/15388