近日，物理學院、中原之光實驗室李新亮教授團隊（復雜安全儲能課題組）在安全儲能、鹵素電池以及低維材料應用研究方面取得一系列重要進展。成果相繼發表于國際知名期刊《Nature Reviews Chemistry》(2023, 7, 616)、《Nature Reviews Chemistry》(2023, 7, 381)、《Chem》(2024, 10, 352)、《Matter》(2024, MATT1654)、《Advanced Materials》(2024, 36, 2304557)、《Angewandte Chemie》(2023, 62, e202310168)、《Matter》(2023, 6, 2519)、《Joule》(2023, 7, 462)上，李新亮教授為論文的獨立作者、第一作者和/或通訊作者，鄭州大學物理學院為論文獨立單位、第一單位和/或通訊單位。

在當今能源密集型應用背景下，為滿足電動交通、可再生能源集成和便攜設備的長時間運行需求，開發具有高能量密度的可充電電池被視為能源技術領域的重要前沿。鹵族轉化型正極體系在成本、輸出電壓、能量密度、循環壽命等方面占據優勢。然而當前開發的單質型鹵族正極存在人體有害、高電阻、熱穩定性差、嚴重穿梭效應、自放電等本征熱動力學缺陷。其服役時面臨反應動力學遲滯、循環壽命短、能量效率低等問題，且對電極的制備工藝和應用場景要求苛刻。此外，當前鹵族正極的轉化機制止步于單電子轉移模式，在單質-離子間進行可逆轉化，導致小的放電容量、低的輸出電壓和能量密度，極大地禁錮了鋅鹵素電池的電化學性能和本征優勢。

李新亮教授團隊創新性地提出開發高電化學活性的非單質型鹵族有機物、無機物、雜化物來克服傳統單質型正極的熱動力學缺陷，作為活性鹵素正極材料服役，具備安全、穩定、高鹵素豐度、高電化學活性的物化特征，能夠滿足低成本、規模化生產的技術需求。在此基礎上，團隊利用鹵族元素多價態轉變的特點，通過激活全新多電子轉化化學，為鹵族電極提供全新的儲能機制，全面提升鹵素電池的電化學性能，實現放電容量和能量密度的倍數級增長，構建了兼具高能量密度、長循環壽命的一系列鹵素電池。除上述研究性進展外，團隊基于對新型二維MXene以及新型陰離子載流子儲能機理的深入理解和獨特觀點撰寫了多篇前瞻性綜述和評述論文，對MXene合成以及在儲能和電磁能轉化領域的發展前景以及陰離子載流子儲能應用方面進行了總結和展望。

上述研究工作得到國家、河南省以及鄭州大學相關基金資助。

文章鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41570-023-00506-w

https://www.nature.com/articles/s41570-023-00504-y

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435123000788

https://www.cell.com/chem/abstract/S2451-9294(23)00476-X

https://www.cell.com/matter/abstract/S2590-2385(23)00251-5

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202304557

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202310168

https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-023-01167-6