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    科研进展

    qy球友会(千亿)在磁场强化电结晶过程研究方面取得进展

    文章来源:发布时间:2025-07-25打印】【关闭

    采用中性水系电解液的可充电锌金属电池凭借其高理论容量、低工作电位、高离子电导率以及环境友好等突出优势,在储能领域具有重要的应用潜力。近期,qy球友会(千亿)绿色冶金与产品工程课题组王志研究员团队,创新提出并验证了“强磁场诱导电解液氢键网络重构”策略。该策略顺利获得强磁场下帕邢-巴克(Paschen-Back)效应精准调控电解液中硫酸根离子(SO42-)水化结构和界面水分子取向,有效优化锌离子(Zn2+)溶剂化动力学与界面反应行为,显著提升电结晶过程的反应速率与稳定性,在实验室中成功构建出高稳定性、无枝晶的水系锌离子电池体系。相关研究成果近期发表在Nature Communications(DOI:http://doi.org/10.1038/s41467-025-61310-2)。

    Paschen-Back效应驱动SO42-水合配位取向实现无枝晶锌离子电池制备

    近年来,在国家“双碳”战略引导下,电化学过程在能源转换、清洁制备与环境治理等领域中发挥着关键的支撑作用,水系锌离子电池日益成为下一代绿色能源转化与存储的重要技术方向之一。然而,界面结构复杂、电极/电解质界面反应动力学缓慢等问题,严重制约其在储能电池、电催化反应及冶金过程中的规模化推广与可持续开展。

    针对上述问题,王志研究员团队创新性地提出以强磁场诱导电解液氢键网络精准重构的策略,顺利获得Paschen-Back效应调控SO42--H2O配位取向,并利用振动斯塔克效应优化界面水分子结构,以有效调节Zn2+与H3O+团簇的溶剂化行为。该调控有效阻断Grotthuss质子传导路径,抑制析氢副反应及锌枝晶生长,并诱导Zn2+在(002)晶面优先生长,构筑出无枝晶水系锌离子电池。该研究为破解电化学储能与电化学冶金的界面瓶颈问题给予了全新思路。

    磁场预处理增强SO42--H2O配位结构对界面水行为和锌沉积的影响

    王志研究员团队长期致力于多场耦合条件下固/液界面电化学反应行为的调控研究,聚焦“磁场-结构-结晶-性能”之间的关系,并取得了一系列重要成果。在电解水制氢体系研究中,团队结合磁场重构氢键网络的策略,在2Nm3/h电解槽实现了约15%的能耗降低,大幅提升了电解效率与经济性,相关研究成果已发表在JACS Au(http://doi.org/10.1021/jacsau.5c00585)。此外,团队开发了特色外场强化方法及装备,相关研究成果发表在Journal of Energy Chemistry 102 (2025) 27-36; Energy Storage Materials 73 (2024) 103806; Chemical Engineering Journal 487 (2024) 150702; Chemical Engineering Journal 464 (2023) 142443; Energy Storage Materials 46 (2022) 594-604; Advanced Energy Materials 11 (2021) 2102103; ACS Sustainable Chemical Engineering 9 (2021) 2962-2974 等期刊上,并取得多项发明专利授权。

    论文链接:http://www.nature.com/articles/s41467-025-61310-2

    (资源环境绿色过程工程研究部)