近段时间，在材料科学与工程学科“双一流”创建中，我院任凤章教授、柳勇副教授课题组在高性能金属基储能电池领域取得重要进展，系列研究成果在国际著名期刊《Energy & Environmental Materials》（一区Top，IF 13.443）、《Journal of Energy Chemistry》（一区Top，IF 13.599）、《Journal of Materials Chemistry A》（一区Top，IF 14.511）、《Nano Research》（一区Top，IF 10.269）、《Journal of Materials Science & Technology》（一区Top，IF 10.319）和《Materials & Design》（一区Top，IF 9.417）上接连发表。
目前，最为常用的储能器件锂离子电池其比能量已逐渐接近其理论极限，难以满足人们对高比能储能器件的需求，开发新型高性能储能电池成为人们研究的热点。金属锂由于其极高的理论比容量和极低的氧化还原电势，被认为是最潜力的高比能锂电池负极材料之一。然而，金属锂负极在循环过程中产生的死锂和锂枝晶影响了锂金属电池的循环寿命，严重制约了锂金属电池的实际应用。课题组针对上述问题，设计了一种ZnO和氧空位修饰的氮掺杂三维碳骨架作为金属锂负极的多功能宿主材料，其亲锂氮掺杂碳和ZnO能有效调控锂的均匀成核和生长，显著提高了锂金属电池的循环性能，相关研究成果发表在《Journal of Materials Chemistry A》上。在前期研究的基础上，课题组在《Journal of Materials Science & Technology》和《Materials & Design》上分别发表论文，系统总结了银基材料在锂金属负极中的研究进展，概括了近年来石墨烯基中间层材料在锂硫电池中的应用，并对其发展趋势和亟待解决的问题提出了展望。此外，钠、钾金属负极因其高比容量和低成本等特性，近年来也引起了研究者们的广泛关注。但是，与锂金属负极类似，其充放电过程中显著的体积膨胀和碱金属枝晶生长，成为制约碱金属负极发展和实际应用的主要障碍。针对这些问题，课题组总结了近年来碳纳米管基材料在无枝晶碱金属电池中的研究进展，相关工作发表在国际著名期刊《Energy & Environmental Materials》上，为高性能碱金属电池的设计和制备提供参考。
近年来，水系锌离子电池因具有低成本、高安全和高理论容量等特点而备受关注。然而，锌离子电池在充放电过程中，锌金属负极侧难以避免会出现枝晶生长、析氢和腐蚀等棘手问题，严重影响了锌离子电池的性能。为了解决上述问题，课题组在锌金属负极表面设计和制备了一种新型Ta2O5保护层，这种新型涂层材料能够通过隔绝效应有效抑制锌负极界面副反应，显著提高了锌离子电池的循环寿命，此项工作研究成果发表在《Nano Research》上。此外，在相关研究的基础上，课题组在《Journal of Energy Chemistry》上发表论文，总结了近年来稳定锌金属负极的各种表面修饰方法和材料，并对未来锌金属电池的进一步发展和商业化应用提出了展望。
近三年中，该课题组在储能电池研究方面不断取得突破，陆续在材料领域具有重要影响力的国际期刊上发表SCI论文21篇，其中中科院二区以上SCI论文17篇，此系列研究得到了国家重点研发计划、金属材料磨损控制与成型技术国家地方联合工程研究中心开放基金重点项目和河南省重点研发与推广专项等项目的大力支持。
文 马红燕
