武汉理工大学研制出水系锌离子电池安全快充低成本

6月14日，麦立强教授团队与合作者在国际期刊《Nature Catalysis》上发表高水平研究论文，提出了一种基于锌离子介导催化作用实现超快充电池的新机制，研制出超高功率、本质安全的水系锌离子电池，为下一代超快充电池的开发应用提供了新的理论基础和技术路径。这是我校首次以第一完成单位在《Nature Catalysis》上发表的高水平研究论文。我校麦立强教授、新西兰奥克兰大学王子运教授、美国阿贡国家实验室Khalil Amine院士、浙江大学陆俊教授为共同通讯作者，我校2023届博士戴宇航、2020届硕士陆瑞虎、2021届本科生张成翼及2018届博士李坚涛为共同第一作者。

高性能电化学储能器件是我国电动汽车、人工智能、智能电网等战略性新兴产业的重大需求，也是实现我国双碳目标的重要支撑。水系锌离子电池是一种以水作为电解液的电池，具有安全、快充、成本低廉和环境友好等突出优势，是一项极具应用前景的新型储能技术。

传统离子穿梭模型反应速率受限于菲克第二定律的极限，难以实现倍率性能的突破。针对上述国际难题，团队创新性提出离子介导催化存储理论，发现调控电极材料和电解液中的阳离子对溶剂鞘层水的吸附会显著影响水裂解的反应速率和产物，远超传统电池的反应速率，不仅合理解释了水系锌离子电池的快充性能反常，更提供了不同于传统离子穿梭模型的新机制。团队通过三维多孔石墨烯气凝胶限域氮化钒纳米簇，实现了催化模型预测的超快充和超高倍率性能——在300 A g-1的高电流密度下电池比容量达到577.1 mAh g-1。该研究不仅为电池快充技术提供了新的理论依据，更为促进材料科学、电化学、储能科学、能源转化科学的交叉融合提供了新的研究范式。

水系锌离子电池的性能反常及锌离子介导的催化作用实现超快充的机理示意图

麦立强，学校教授，博导，副校长，长期从事新能源材料与器件科学技术及应用研究，构筑了国际上第一个单根纳米线器件电子/离子输运原位表征的普适新模型，建立了调控电化学反应动力学的“麦-晏”场效应储能等电子/离子双连续输运理论，突破了储能材料与器件的批量化制备技术，并实现成果转化与应用。以第一完获国家自然科学二等奖、何梁何利基金科学与技术创新奖等。

本文第一作者戴宇航2014年考入武汉理工大学，大一开始进入麦立强教授团队开展储能材料与器件研究。以第一作者身份在Nature Catal.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.等高水平期刊发表SCI论文8篇。获第十五届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛一等奖、第七届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛全国金奖、博士研究生国家奖学金。博士期间，派往UCL进行联合培养。2023年博士毕业后，在牛津大学开展博士后研究。