材料电化学过程与技术北京市重点实验室

研究成果

实验室王峰教授、张正平教授团队在《Advanced Functional Materials》上发表学术论文

北京化工大学材料科学与工程学院王峰教授、张正平教授团队在《Advanced Functional Materials》上发表了题为“Lead-Induced Microstrain in Synthesis and Manipulation of Porous Pyrochlore for Boosting Oxygen Evolution Reaction”的研究论文，该论文提出了一种通过引入局部微应力促进烧绿石成相的快速相转变策略，在低温和短时间热处理下得到了具有良好结晶性的Y1.6Pb0.4Ru2O7-δ电催化剂，同时该策略对于其他烧绿石材料具有适用性。近年来，钌酸钇烧绿石材料由于具有良好的催化活性在氧析出催化剂方面引起广泛关注，然而，合成阶段涉及的有序相变过程需要长时间高温热处理（约1100摄氏度，大于12小时），从而阻碍了其几何构型和组成成分的设计。基于此，该论文提出采用铅元素取代钌酸钇中A位钇，铅元素产生的局部微应力提供了表面压力，降低相变阻力，从而大幅降低了热处理条件，在较低热处理温度（600摄氏度）和较短的时间（6小时）下制备出了具有良好烧绿石结构和丰富孔隙结构的Y1.
实验室王峰、牛津教授团队在《Advanced Science》上发表研究论文

近日，北京化工大学材料科学与工程学院王峰、牛津教授团队在«Advanced Science»上发表了题为“Regulating sodium deposition behavior by a triple-gradient framework for high-performance sodium metal batteries”的研究论文。该论文提出了一种多重梯度三维框架的设计思路，通过分层静电纺丝实现了自支撑框架结构Gra-GC-MoSe2亲钠位点、孔体积和电导率的纵向梯度变化，将其作为钠金属负极改性基体有效地抑制了枝晶生长问题。原位和非原位测试及理论计算显示，MoSe2及其衍生物以及Se杂原子的梯度分布可调整亲钠性，而多孔纳米结构的梯度分布可均匀Na+扩散。因此，Na会从Gra-GC-MoSe2框架的底部向顶部沉积，有效抑制了顶部枝晶生长问题，大幅降低了枝晶刺穿隔膜的风险。此外，电导率梯度也可抑制剥离过程中产生死钠的问题。因此，Gra-GC-MoSe2组装的半电池在0.5 mA cm-2电流密度下可以实现超过800圈的稳定循环，平均库仑效率高达99.8%。同时组装成为的对称电池可
材料学院王峰教授、牛津教授团队在《Advanced Functional Materials》发表研究论文

近日，北京化工大学王峰教授、牛津副教授团队在国际知名期刊Advanced Functional Materials上发表题为“An ultrathin solid electrolyte for high-energy lithium metal batteries”的研究工作。该工作利用乙二胺四乙酸（EDTA）的强电子效应诱导聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）发生构象转变，并通过细晶强化机制提高了聚合物电解质的机械强度，所制备的超薄高强度固态电解质具有宽的电压窗口和良好的阻热阻燃性能，基于固态电解质组装的软包电池展现出超高的能量密度。固态电解质（SSE）有助于实现锂金属电池（LMB）的高比能和高安全性，但由于机械性能较差，LMB所采用的固态电解质的厚度普遍100 μm，限制了能量密度的进一步提升。本工作提出了一种具有高杨氏模量（10.6 GPa）的超薄（5 μm）聚合物SSE，其由PVDF-HFP基体和EDTA添加剂组成。EDTA 具有给电子特性，可诱导PVDF-HFP 发生构象转变，并通过细晶强化机制提高电解质的机械强度。理论计算和实验结果表明顺式构象的PVDF-HFP 缩短
实验室王峰教授、牛津教授团队在《Journal of the American Chemical Society》发表研究论文

近日，北京化工大学王峰教授、牛津教授团队在国际知名期刊Journal of the American Chemical Society上发表题为“Lithium superionic conductive nanofiber-reinforcing high-performance polymer electrolytes for solid-state batteries”的研究工作。该工作利用羟基磷灰石的强离子交换作用制备了一种具有超长纳米纤维结构的新型锂离子导体材料，并将其直接用作聚合物基固态电解质的活性填料，制备的聚合物基固态电解质同时具有高离子电导率、高机械强度、宽电压窗口、高离子迁移数、高安全性等优点。复合固态电解质（CSEs）被认为是高能锂金属电池中极具发展潜力的离子导体，但离子电导率低、机械强度低、热稳定性差、电压窗口窄等缺点限制了其实际应用。本工作制备了一种具有超长纳米纤维结构和超高室温离子电导率（12.6 mS cm-1）的新型锂离子导体材料（Li-HA-F）。将其作为活性填料直接与聚氧化乙烯（PEO）基质复合时，得到的复合固态电解质（Li-HA-F CSE）具有高
实验室王峰教授、牛津教授团队在《Small》发表研究论文

近日，北京化工大学材料科学与工程学院王峰教授、牛津教授团队在国际知名期刊Small 上发表题为“Transforming Undesired Corrosion Products into a Nanoflake-Array Functional layer: A Gelatin-Assistant Modification Strategy for High Performance Zn Battery Anodes”的研究工作。该工作利用明胶抗腐蚀的特性，通过低温热解在锌负极上建立了功能层。详细揭示了功能层对锌负极的改性机理。改性后的锌负极在半电池和全电池中均表现出优异的性能，为这一前景广阔的策略展示了良好的应用前景。Zn负极在ZnSO4电解液中会生成结构疏松的腐蚀产物Zn4SO4(OH)6-xH2O，不仅不能抑制持续的副反应，反而会增加电极极化并诱发枝晶生长，阻碍锌金属电池的实际应用。在这项工作中，我们采用明胶辅助腐蚀和低温热解方法在锌负极上构建了功能层。在明胶的辅助下，腐蚀产物被转化为均匀的纳米片阵列，主要成分为明胶衍生碳包覆的ZnO （Zn@ZnO@GC）。一系列原位/原位测
材料学院王峰教授、牛津教授团队在《Advanced Science》发表研究论文

近日，北京化工大学王峰教授团队在国际知名期刊Advanced Science 上发表题为“Insight into Sulfur‐Containing Zwitter‐Molecule Boosting Zn Anode: from Electrolytes to Electrodes”的研究工作。该工作采用一种含硫的两性分子（甲硫氨酸，Met）作为添加剂，有效改性常用的硫酸锌电解质，表现出优秀的电化学性能。据报道，许多有机电解质添加剂可改善水系锌金属电池中锌负极的性能。然而，考虑到充放电过程中电解质和电极所处的不同环境，其改性机制有待进一步揭示。在这项工作中，我们使用了Met作为水系锌金属电池的电解质添加剂。详细的实验分析和理论计算结果揭示了Met从电解质15701658760到电极所发挥的不同作用（右图）。在含Met的硫酸锌电解质（Met-ZSO）中，Met不仅能通过羧基（─COOH）降低锌离子溶剂化结构中H2O分子的配位数，还能通过氨基（─NH2）和硫醚键（C─S─C）促进脱溶过程，从而增强Zn2+的传输并抑制HER。在锌负极上，电化学氧化后Met中的亚砜或砜（C─SOx─C）键

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