2025-08-27 06:09:03 | 拔尖网
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武汉理工大学刘金平/李俊升最新研究:聚烯烃隔膜设计,钾离子电池迎来新进展
武汉理工大学的刘金平教授和李俊升教授在钾离子电池领域取得了重要突破,他们设计出一种创新的聚烯烃基隔膜,显著提升了钾离子电池的性能。这一研究成果以“Polyolefin-Based Separator with Interfacial Chemistry Regulation for Robust Potassium Metal Batteries”为题,发表在国际知名期刊《Angewandte Chemie International Edition》上。
一、研究背景
钾离子电池作为一种新型的电化学储能装置,具有比锂离子电池更高的质量和体积容量,因此被视为未来储能技术的重要发展方向。然而,钾离子电池的电解液系统复杂,且存在低能量密度和高成本等问题,限制了其广泛应用。特别是钾金属负极的稳定性和隔膜的性能,成为制约钾离子电池性能提升的关键因素。
二、研究创新
针对上述问题,刘金平教授和李俊升教授团队设计出一种商业聚烯烃基隔膜的界面化学工程策略。他们采用集成在定制金属有机框架中的多个功能单元,以调节钾离子的沉积/剥离特性。具体来说,他们选择了MIL-101(Cr)功能单元,该单元可提供高弹性模量,有效促进钾盐离解并提高钾离子转移数,使电极/电解质界面的钾离子通量均匀化。
三、研究成果
隔膜性能提升 :研究团队通过对比实验发现,采用功能隔膜组装出的全电池在20 mA g⁻¹电流密度下的放电容量,比传统的玻璃纤维隔膜高19.9%,并且在高倍率下具有更好的循环稳定性。
电化学性能优异 :功能隔膜基电池在电化学性能测试中表现出高库仑效率和长循环寿命。特别是在0.2 mA cm⁻²条件下,电池可稳定循环200次以上,且库仑效率保持在约97.6%。
钾枝晶抑制 :通过光学显微镜和扫描电子显微镜观察发现,功能隔膜能有效抑制钾枝晶的生长,保持钾箔的均匀和光滑,即使在长时间电沉积后也没有形成死钾或严重的枝晶现象。
四、研究意义
推动钾离子电池技术发展 :该研究为钾离子电池的商业化应用提供了有力的技术支持,有望推动钾离子电池在智能电网、储能系统和航空航天等领域的应用进程。
降低电池成本 :功能隔膜的制备工艺相对简单,且原料成本较低,有望降低钾离子电池的整体成本,提高其市场竞争力。
提供通用性策略 :该研究提出的隔膜改性策略不仅适用于钾离子电池,还可为其他二次金属电池的性能提升提供借鉴和参考。
五、研究团队介绍
刘金平教授 :武汉理工大学教授、博士生导师,国家高层次人才,英国皇家化学学会会士,科睿唯安全球高被引科学家。长期从事电化学能源材料与器件领域的研究,发表SCI论文近200篇,授权发明专利近20项。
李俊升教授 :武汉理工大学化生学院教授,主要从事能源电化学领域基础及应用研究。在新型电化学能源转化及储存相关的重要科学问题上取得了显著成果,发表SCI收录期刊论文110余篇,拥有多项专利。
六、研究展望
未来,研究团队将继续深化钾离子电池领域的研究,探索更多创新的隔膜材料和改性策略,以进一步提升钾离子电池的性能和降低成本。同时,他们也将关注钾离子电池在实际应用中的安全性和稳定性问题,为钾离子电池的商业化应用提供更加全面的技术支持。
以上图片展示了功能隔膜的设计与表征、电化学性能测试与分析以及钾枝晶抑制效果,进一步验证了研究团队所提出策略的有效性和创新性。

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