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锂离子电池安全性是近年来新能源储能领域关心的重要问题。锂离子电池通常采用有机溶剂作为电解液，而这类有机溶剂极易燃烧，电池一旦由于内短路产生高温或者火花，电解液将在瞬间被点燃并导致整个电池发生爆炸。利用固态电解质替代易燃的有机电解液，是提升锂离子电池安全性的必由之路。目前商业化的固态电池体系（ZEBRA电池、Na-S电池）仍然具有较大的应用局限性，发展高能量密度、高安全性、低成本的新型体系是固态电池产业发展的当务之急。
近日，郑州大学金阳副教授团队联合清华大学伍晖副教授、斯坦福大学崔屹教授提出一种基于石榴石固体电解质的新型熔融锂-氯化亚铁电池，该电池正极采用廉价铁粉、氯化锂作为反应物，钼粉作为添加剂，负极采用熔融锂金属。与传统电池反应机理不同，该电池创新性地实现了可逆的Fe-Mo合金化、去合金反应与电池放电、充电过程同步进行，Fe-Mo合金在脱锂化过程中自发形成的多孔Mo骨架能够良好抑制金属铁颗粒的奥氏熟化问题。此外，采用锂负极和锂离子陶瓷电解质，克服了传统热电池金属离子对固体电解质的腐蚀问题。在相同的电池成本（$12 kWh-1）下，该Li-Mo-FeCl2电池的理论能量密度超过传统Na-FeCl2 ZEBRA电池25%。实验结果进一步证明，该电池具有优良的循环性能（循环300次后为472 mAh gLiCl-1，活性物质为50 mg），同时对过充过放（3−1.6 V）和高低温交（25−250 °C）具有较强耐受性。上述原位、可逆的合金化-去合金化反应机制为改善其它金属-金属卤化物电池性能提供了简单有效的思路与策略。
图1. Li-Mo-FeCl2电池体系示意图及电化学反应
这一成果近期发表在Advanced Materials 上。郑州大学徐晶副教授和清华大学刘凯博士为本文共同第一作者。
A Garnet‐Type Solid‐Electrolyte‐Based Molten Lithium−Molybdenum−Iron(II) Chloride Battery with Advanced Reaction Mechanism
Jing Xu1, Kai Liu1, Yang Jin*, Bin Sun, Zili Zhang, Yi Chen, Dawei Su, Guoxiu Wang, Hui Wu*, Yi Cui*
Adv. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adma.202000960
徐晶：郑州大学电气工程学院副教授，2014-2018年获国家留学基金委公派读博奖学金在悉尼科技大学攻读博士学位。主要研究方向为新型电池储能技术。先后以第一作者身份Advanced Materials，Advanced Energy Materials, Nano Energy，Journal of Materials Chemistry A等学术期刊发表10余篇论文, 其中入选ESI前1%高被引论文3篇。
刘凯：清华大学博士后，水木学者，合作导师伍晖副教授。分别于2012年和2017年在清华大学材料学院本科毕业和博士毕业。攻读博士期间，于2015年8月至2016年8月受国家留学基金委资助，在美国麻省理工学院核能工程系李巨教授课题组联合培养学习一年。博士毕业后，于2018年4月进入美国斯坦福大学崔屹教授课题组，从事博士后研究工作。2019年7月，入选清华大学水木学者计划，进入清华大学材料学院继续从事博士后研究工作。主要研究方向为固态锂离子电解质材料，以及基于固态电解质的新型锂电池设计研发和应用。先后以第一作者或共同第一作者身份在Nature Energy，Joule，Advanced Materials，EnergyStorage Materials，JMCA和JPS等学术期刊发表多篇论文。
金阳：郑州大学电气工程学院副教授。2012年本科毕业于郑州大学电气工程学院，2017年博士毕业于西安交通大学电气工程学院。2014年至2016年博士在读期间受国家留学基金委资助赴美国公派留学，2014年9月至2015年8月在麻省理工学院李巨教授课题组进行联合培养博士学习，2015年9月至2016年8月在斯坦福大学崔屹教授课题组进行联合培养博士学习。主要研究方向为电网规模化电池储能技术和电化学储能电站安全性。先后以第一/通讯作者身份在Nature Energy，Nature Communications, Joule，Energy & Environmental Science, Advanced Materials, PNAS, JMCA等学术期刊发表20余篇论文。
伍晖：清华大学材料科学与工程学院副教授，2000年-2004年就读于清华大学化学工程系高分子专业；2009年获得工学博士学位；2009年进入美国斯坦福大学材料系，从事博士后工作；2013年进入清华大学材料学院任教，担任副教授。主要研究领域包括能源存储材料，柔性功能材料，低维纳米材料的制备和应用，材料缺陷化学与催化。在Nature Energy, Nature Chemistry, Nature Nanotechnology, Nature Communications, Joule、JACS 等学术期刊发表论文百余篇。
https://www.x-mol.com/university/faculty/17911
崔屹：1998-2002年就读于哈佛大学化学系，2003-2005年间在加州大学伯克利分校从事博士后研究工作；并于2005年加盟斯坦福大学。崔屹教授主要研究领域集中在能源存储与转化、纳米显微技术、纳米环保技术、纳米生物技术、先进材料的合成与制造等等，以纳米技术为核心，多学科交叉，多方向并进是崔屹教授课题组研究的重要特点。崔屹教授先后在Science、Nature、Nature Nanotechnology、Nature Materials、Nature Chemistry、Nature Energy、Joule、JACS 等世界顶级期刊发表高水平论文400余篇。
https://www.x-mol.com/university/faculty/35078
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