Page 95 - 优秀学员达人录

上海市青少年科学创新工作站
优秀学员达人录

中国科学院上海硅酸盐研究所材料科学与工程实践工作站
就读于上海市南洋中学
科创语录：逐科创之光，使梦想绽放。
达人 封杰妮

探索绿色环保、高比能量的新型电池

我完成的课题是《开框架氟化铁用于水系锌电池正极材料》。
现有的关于水系锌电池正极材料的研究主要集中利用
MnO 2 、V 2 O 5 与金属铁氰化物作为正极，多数利用隧道或层状结
构实现锌离子的脱嵌。但是这些材料的电位与容量都有待改善，
所以我选择具有开框架结构的氟化铁作为正极材料。
FeF 3 ·0.33H 2 0与FeF 3 ·0.5H 2 0 是两种开框架氟化铁，其
中六方钨青铜相 FeF 3 ·0.33H 2 0 具有一维六方通道，而烧绿石
相 FeF 3 ·0.5H 2 0 具有三维交错通道。FeF 3 ·0.33H 2 0 与 FeF 3 ·
结果提出改进措施，我更加深刻地体会到从不同角度思考问题
0.5H 2 0 因其被水分子拓宽的开框架结构，方便半径较大的锌离
的重要性。通过科创过程中克服困难的经验，我拥有更强的恒
子运输，成为水系锌电池的关键候选正极材料。
心与毅力，积极直面挫折、获得成长。
我通过实验进行研究：合成两种开框架氟化铁 FeF 3 ·
对于今后的科创之路，我有如下几项计划：夯实知识基础；
0.33H 2 0 与 FeF 3 ·0.5H 2 0，并将其作为水系锌电池的正极材料。
运用知识，进行学术产出；在此次科创成果的基础上，从正极
使用合成好的两种开框架氟化铁正极材料制备电极片，并组装
材料、电解液等不同角度进行改进，并通过实验验证；广泛阅
纽扣电池。对于组装好的两种水系锌电池分别使用蓝电电池测
读有关电池的文献，确定新的研究方向，并通过实验验证。
试设备进行电化学测试，并分析与评估这两种开框架氟化铁作
为水系锌电池正极材料的未来发展。
开框架氟化铁用于水系锌电池的优势非常明显：高容量，
低成本，高安全性，无环境污染；具有稳定充放电平台；具有
宽阔的离子储存空间，以及较大的离子通道，便于锌离子的存
储与释放。但是在研究过程中，开框架氟化铁用于水系锌电池
有很好的总结问题、
仍有不足。由于两种正极材料的结构不同，制成的水系锌电池
分析问题能力
的性能也有高低之分。
比起 FeF 3 ·0.5H 2 0 的三维交错通道结构，FeF3·0.33H 2 0
的一维六方通道结构离子扩散性能较差，离子在部分活性物质
封杰妮同学具有优秀的求知探索精神，在各项培训活动
中大量堆积，局部的结构开始坍塌，使部分材料失活；而且可
中积极参与，并且能提出一些自己的疑惑与见解，对新能源
逆性、循环性能较差，导致容量衰减较快。
电池的研究具有浓厚的兴趣。在本小课题中，她主要探究了
针对容量衰减原因，我做出以下分析：可以对正极材料进
FeF 3 作为正极材料在水系锌离子电池中的应用。她通过对文
行改进，在合成时复合一些导电性较好的材料，譬如二维结构
献的查阅调研，发现一般的 FeF 3 离子电导率低，不利于离子
的片状石墨烯，与正极材料结合更加紧密，提高导电性能；可
的扩散从而影响电池的循环性能，在和老师讨论研究之后，
以对电解液进行改进，将 Na 2 SO 4 加入电解液，抑制负极锌枝
在合成以及制备的过程中两次加入活性炭，碳材料的导电性
晶生长，使正负极电荷平衡输送。
质来改善性能，并且取得了不错的结果。最终，封杰妮同学
对实验的结果以及内容进行整理，认真系统地完成了答辩
科创经历让我拥有更强的毅力
PPT，在最终的结题报告中以出色地表达能力完成了汇报。

通过短暂的科创经历，我的学习能力得到历练，学习效率
——指导老师：中国科学院上海硅酸盐研究所
得到提升。通过“进行实验，得到数据并分析数据，得出结论”
助理研究员 胡九林
的过程，我对于事物的判断更加理性而有根据。通过对于实验
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