近日，物理系副教授韩鹏与南京工业大学吴宇平教授团队、付丽君教授团队合作，在材料科学领域顶级期刊《能源及环境科学》(Energy & Environment Science, IF 32.5)以共同通讯作者身份发表关于以低成本方式提升水系锌离子电池低温下储能特性的重要研究成果，论文题目为《适用于高倍率及超长低温工作条件水系锌离子电池的双位氢键及可调溶剂化结构的电解质》 (An inexpensive electrolyte with double-site hydrogen bonding and a regulated Zn2+ solvation structure for aqueous Zn-ion batteries capable of high-rate and ultra-long low-temperature operation)。

水系锌离子电池由于其本质上的高安全性、低成本和环境友好性，在大规模储能方面展现出巨大前景。然而，目前本领域一个重要瓶颈是在低温下含水电解质凝固问题。针对于此，物理系副教授韩鹏与南京工业大学合作团队一起结合理论计算与实验测量，提出在乙酸锌水溶液中引入低成本、高安全性的甲酰胺作为共融剂，使之同时成为氢键的受体和供体。密度泛函理论的计算表明，甲酰胺可以有效地将水分子锁定在双位点氢键相互作用构型中，破坏水中原有氢键网络结构，限制自由水的活性，从而显著降低电解质的凝固点。同时还可以改善锌离子溶剂化结构，实现均匀锌沉积，避免枝晶形成，继而延长电池寿命。这一理论计算结果在实验上获得了有力验证，从而为设计适用于低温环境下工作的稳定高效低成本水系锌离子电池提供了一种可行策略。本工作是韩鹏与南京工业大学吴宇平教授团队、付丽君教授团队前期所开展的水系离子超级电容低温储能特性研究工作的延续。

在前期工作中，他们通过分子动力学模拟与实验测量相结合的方法研究了不同种无机盐水溶液中离子对水中氢键网络结构的影响，并在实验上得到了可长时间在低温下长时间工作的水系超级电容。其论文题目为《用于可在低温下超长稳定运行的低成本高安全性水系超级电容器的盐水制冷剂》(Brine Refrigerants for Low-cost, Safe Aqueous Supercapacitors with Ultra-long Stable Operation at Low Temperatures)，并发表于另一顶级期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Maters， IF 19.9)。这一系列工作中，韩鹏主要负责其中理论计算部分，其研究工作获得了国家自然科学基金面上项目的资助。

近年来，物理系在鼓励国际国内高质量合作，注重学科交叉融合以及加强青年人才队伍培养等方面取得成效。今后物理系将围绕物理学学科建设，为提高首都师范大学整体科研水平及国际学术影响力继续努力。

论文链接：

https://doi.org/10.1039/d3ee01741a

https://doi.org/10.1002/adfm.202208206.

（来源：物理系；作者：尹沛；值班编辑：张星宇、蒋天泽；责任编辑：哈婧琦）