研究背景
隨著全球溫室效應日益加重，華北人們越來越關注綠色可再生、電力大學可生物降解、中國無毒的科學生物質能源。在構建清潔低碳的華北現代能源體系方面，利用生物質開發高安全性、電力大學綠色的中國大規模儲能技術具有重要意義。在大規模儲能領域，科學環保、華北安全性高的電力大學水性鋅離子電池(AZIBs)展現出巨大潛力。雖然MnO2由于結構多樣、中國環境友好等特點而被廣泛應用于AZIBs的科學正極材料，但在充放電過程中卻存在著結構變形、華北副反應及Jahn-Teller效應等問題。電力大學因此，中國碳材料與MnO2的復合被認為是優化水性鋅-MnO2電池正極性能的重要途徑之一。目前，與二氧化錳復合的碳材料主要是基于碳納米纖維、碳納米管等傳統的商業化材料，利用可再生廉價生物質廢棄物碳源提高MnO2性能的研究仍然較少。因此，探索可持續、可再生生物質資源在水系Zn-MnO2電池的應用意義重大。
制備示意圖
成果簡介：
近日，華北電力大學呂瑋&徐超團隊聯合中國科學院丁芳團隊成功制備了以葡萄柚果皮為碳源的N摻雜生物質碳負載γ-MnO2復合正極，實現391.2 mAh g?1的高比容量（0.1 A g?1），循環3000圈具有92.17%的優異循環穩定性（5 A g?1），能量密度高達553.12 Wh kg?1，庫倫效率接近100%，結合理論分析和實驗數據，從Jahn-Teller效應和Mn疇分布等方面探討了正極鋅離子儲能機理。此外，研究人員通過體外細胞毒性實驗進一步驗證了正極材料的生物相容性，證實了其在臨床醫學應用中的潛力。該研究成果發表在國際頂級期刊Nano-Micro Letters上，題為“Discovering Cathodic Biocompatibility for Aqueous Zn-MnO2Battery: An Integrating Biomass Carbon Strategy”，本項工作成功開發了一種將生物質廢物轉化為生物相容性正極材料的新方法。
圖文解讀
圖1 微觀表征。
圖2 理論計算。
圖3 電化學性能。
圖4 機理分析。
圖5 體外細胞毒性試驗。
文獻鏈接：
Wei Lv *, Zilei Shen, Xudong Li, Jingwen Meng, Weijie Yang, Ding Fang *, Xing Ju, Feng Ye, Yiming Li, Xuefeng Lyu, Miaomiao Wang, Yonglan Tian, Chao Xu
*Discovering Cathodic Biocompatibility for?Aqueous Zn-MnO2Battery: An?Integrating Biomass Carbon Strategy, Nano-Micro Letters.
https://doi.org/10.1007/s40820-024-01334-3
通訊作者簡介
呂瑋，華北電力大學副研究員，主要研究領域為水系儲能電池關鍵材料的開發，在Nano-Micro Letters、Nano Energy、Energy Storage Materials等期刊發表科技論文40余篇，授權發明專利10余項，擔任《eScience》、《Nano Research Energy》、《Next Materials》、《Energy Materials and Devices》、《Rare Metals》、《Green Carbon》等期刊青年編委，MDPI客座編輯，Energy Storage Materials、Carbon Energy、Rare Metals、Carbon Research、International Journal Of Hydrogen Energy等期刊審稿人，獲“中國材料學會科學技術獎一等獎”等榮譽，兼任科技部專家庫成員、科創中國新材料專家、有色金屬智庫認證專家、中國華能集團評標專家、中國電子材料行業協會科學技術委員會委員，承擔及參與多項國家重點研發計劃、國家自然科學基金、裝備預研基金、中央高校專項資金等項目。
丁芳，中國科學院生物物理研究所助理研究員，美國University of Wisconsin, Madison聯培博士（師從James Ntambi），中國科學院化學所博士后，主要研究領域：干細胞與腫瘤發生、納米藥物遞送、RNA轉錄調控等，相關成果發表在Biomaterials、 Nanoscale Horizons、INT J BIOL SCI等期刊，主持協和醫學院青年創新基金1項，參與多項國家重點研發計劃項目和國家自然科學基金面上項目，Adv Sci、SCI Total Environ等期刊審稿人。
徐超，華北電力大學教授，長期圍繞新能源領域中涉及的多場耦合復雜傳輸現象中的關鍵科學問題開展基礎和應用基礎研究，獲第三批國家“萬人計劃”青年拔尖人才、中國工程熱物理學會吳仲華優秀青年學者、中國可再生能源學會優秀青年科技人才等榮譽，先后主持國家自然科學基金優秀青年基金、國家973項目課題、國家重點研發計劃子課題等國家級項目6項，參加國家自然科學基金委創新群體項目1項，擔任中國動力工程學會學術委員會委員、中國工程熱物理學會傳熱傳質分會青年工作委員會委員、中國可再生能源學會青年工作委員會委員、全國太陽能光熱發電標準化技術委員會委員、《Science Bulletin》和《IET Renewable Power Generation》副主編、《Energies》和《Frontiers in Heat and Mass Transfer》編委，發表SCI學術論文100余篇，獲國家授權發明專利7項。
