材料研究述评(英文)
华中科技大学王成亮教授:构筑螯合作用以促进大尺寸或多价离子存储 精选
2024-4-15 11:15
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华中科技大学王成亮教授:构筑螯合作用以促进大尺寸或多价离子存储

近日,华中科技大学王成亮教授团队的AMR述评文章“Constructing Chelation for Boosting Storage of Large-Sized or Multivalent Ions”在线发表。文章着重讨论了通过构筑与目标存储离子的螯合作用来促进大尺寸或多价离子存储的策略,以及综述了相应的研究结果,并总结了构筑螯合作用在提高有机电池性能中仍然面临的挑战和可能的解决路径。

关键词:有机高分子电化学储能材料;有机电池;有机电极材料;螯合作用

1 文章内容简介

可充电锂离子电池是目前使用最为广泛的储能设备。然而,随着对锂、钴、镍等关键原材料的需求日益增长,这些资源的稀缺性不仅提高了锂离子电池的成本,同时也引发了对未来能源安全的担忧。在这样的背景下,探索和开发后锂时代的新型储能电池变得尤为迫切。然而这些后锂时代的新型储能电池在存储大尺寸离子或高电荷密度的多价金属离子方面面临着挑战。近年来,科学家们将研究的目光投向了具有氧化活性的有机高分子电极材料,这类材料因其低成本、结构可调性、大分子间隙、分子间作用力弱和柔性的特点被认为是后锂时代的有力竞争者。尽管如此,如何有效提升有机电池的性能仍然是一个亟待解决的重大挑战。在本篇述评中,我们基于本课题组及其他研究团队的最新研究成果,提出了通过与目标存储离子构建螯合作用来促进大尺寸或多价金属离子存储的策略。我们期望,这一策略的提出能够为有机电池的性能提升开辟新的道路,激发更多关于材料针对性设计方面的研究。通过这些努力,推动有机电池的实用化,为未来的电池提供高效、经济、环保的解决方案。

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2 AMR:请问您选择该领域的初心是?

作者团队:

有机材料具有低成本、结构可调性、大分子间隙、分子间作用力弱和柔性等特点,作为电极材料应用于储能电池在大规模、快充、长寿命和宽温域等场景下优势明显。其柔性也有利于将其用于柔性可穿戴电子设备的能源供应。但有机电池领域仍有许多未解之谜和挑战。选择这一领域,我们希望能够打破传统电池的局限,为减缓温室效应、保护生态环境和推动可持续发展做出实质性贡献。

3 AMR:请和大家分享一下这个领域可能会出现的研究机会!

作者团队:

虽然近些年在有机电池领域已经取得了一些研究进展,但仍有一些关键问题和技术瓶颈有待解决。挑战带来机遇。第一,针对材料的导电性和离子存储后的稳定性等方面研究,不但有利于推动本领域的发展,推动有机高分子电化学储能成为未来能源存储领域的一个重要分支,也为有机高分子材料学科在电子、离子等相关的多领域应用带来无限可能。第二,推动有机电池的实用化需要多方面的协同合作与研究,为其他学科包括有机化学、高分子化学、电化学、材料加工、材料成型、热物理以及储能学科等带来新的机遇。

4 AMR:您对该领域的人才培养有何种建议?

作者团队:

应当注重理论与实践相结合,积极参与前沿科研项目,以提升创新能力和解决实际问题的能力。同时,有机高分子电化学储能是有机高分子材料学科与能源化学的新型交叉领域,交叉研究带来机遇,但也亟需对两个领域具有深入理解的研究者一起合作,需要从事该交叉领域的研究者广泛涉猎,补足两个领域的基础知识。另外,应当强调科研伦理和学术诚信,确保研究工作的质量和可靠性。也欢迎对科研有热情、有追求的同学和科研工作者加入我们,一起探索未知、创造新的可能!

课题组主页:

http://flexbatt.oei.hust.edu.cn/

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作者团队简介

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华中科技大学集成电路学院

王成亮 教授

王成亮,华中科技大学集成电路学院,武汉光电国家研究中心,教授,博士生导师,国家级青年人才。2005年本科毕业于南京大学,2010年博士毕业于中国科学院化学所。随后依次在香港中文大学、德国明斯特大学和伊尔梅瑙理工大学从事研究工作。2016年加入华中科技大学。一直从事于有机高分子电化学储能材料及器件的应用基础研究。在Chem. Rev.Chem. Soc. Rev.Acc. Chem. Res.Acc. Mater. Res.Adv. Mater.ChemAngew. Chem.J. Am. Chem. Soc. 等国际学术期刊上发表论文100余篇。单篇最高被引超过3200次。担任Energy ReviewsSmartMatChinese Chemical LettersBattery EnergyFrontiers of Optoelectronics等期刊的编委、青年编委和客座编辑。入选Journal of Materials Chemistry A 新锐科学家、英国皇家学会高被引作者、爱思唯尔中国高被引学者(2021~至今)、斯坦福大学全球2%顶尖科学家年度(2017~至今)和终身成就榜单(2021~至今)等。指导的学生入职“211”高校获聘正高级岗位、入选湖北省人才计划等。

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华中科技大学集成电路学院

硕士研究生 冠林南

冠林南,华中科技大学集成电路学院硕士研究生。2021年于华中科技大学获得学士学位,目前研究方向主要为有机高分子电极材料在钠离子电池和锌离子电池中的应用。

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Constructing Chelation for Boosting Storage of Large-Sized or Multivalent Ions

Linnan Guan, Jincheng Zou, Minglei Mao, and Chengliang Wang*

原文链接:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.3c00284

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