2023年8月1日，应化学工程学院、石油和化工行业新型碳基功能材料重点实验室邀请，美国华盛顿大学材料科学与工程系曹国忠教授在朝阳校区工程楼A203会议室作了题为“Cathode materials with high energy conversion efficiency for aqueous zinc ion batteries”的学术报告。报告会由我室杨琪教授主持，共有20余名师生聆听了报告。
水系锌离子电池（ZIBs）具有一些优势：自然丰富且大规模生产；非毒性，处理容易且成熟；高体积能量密度；在水性电解质中具有高稳定性和兼容性；以及双电子氧化还原性质提供高理论阳极容量。尽管近年来取得了很大进展，但仍然存在一些关键挑战需要解决，比如阴极的溶解，碱式锌盐的形成，质子的共插层作用以及氧化还原对之间的大电压差。
首先，曹国忠教授对我室的邀请表示感谢并简单地描述了自己在华盛顿大学任职期间的工作与生活，再以讲故事的方式比较了目前中美高校在做科研方面的一些不同。
然后，曹国忠教授通过比较其课题组在钠离子电池方面的工作，系统地介绍了当前锌离子电池电极材料制备及应用方面的研究思路和挑战，主要包括设计制备高性能锌离子电池电极材料的基本规律，如何提高锌离子电池的存储容量、能量密度、功率密度、循环稳定性和能量转化效率等。
接着，曹国忠教授详细地讲述了其课题组在锌离子电池应用于能源转换和存储领域的研究工作，以五氧化二钒和水合五氧化二钒作为模型系统，展示预插入阳离子和有机络合物可以有效降低充放电极化，从而大大增强储存容量，并以优异的循环稳定性实现高能量转换效率，再讨论了多种可能的增强电化学性质和电池性能的机制。
最后，到了提问环节，曹国忠教授与师生进行了热烈的学术讨论，并详细解答了一些问题。例如：
1. 钒元素在钠电、锂电、锌电领域有应用，那么这个元素是因为具有什么特殊性质呢？
答：虽然国内对钒系物质在离子电池的应用持反对态度，但从基础科学研究的角度来说，钒系有独特的层状结构，有利于促进电子的传输；同时，钒系物质的晶体结构较多、价态丰富，有较大的研究价值，而我们也是碰巧研究其在锌电上的应用才有这个结果的。不过，钒系材料也有其自身的缺陷，但是我们可以融会贯通，将其中的研究思路可以应用到其他的材料中。
2. 如果将这个体系电池的溶剂离子更换为其他离子，那么其能量效率还可以进一步提升吗？
答：还有巨大的提升空间，对于不同的电解液有不同的提升效果，具体的还得仔细讨论一下。
3. 在铜离子嵌入钒系化合物的研究中，这个电位图向左产生了明显的偏移，可能是由于生产了铜锌合金，还有也存在其他因素？
答：可能是形成了铜锌合金，也可能有其他的因素。从我们的其他研究来看，比如铝离子掺杂的研究中，其电位确实都产生了一定的偏移，我们预测可能是其中涉及的化学反应导致的变化。不过从现在来看三四年前的这些成果，我们当时的研究也不是很细致，可能也像你刚才提到的是吸附能的影响，所以需要参考一下大家的意见。
本次学术报告引领师生们进入学术知识的海洋，为进一步的学术研究开拓了新的思路。同时，曹教授幽默风趣的语言，营造了一种轻松地学术氛围，使得在座的师生们啧啧称赞。
报告人简介:
Dr. Guozhong Cao is Boeing-Steiner Professor of Materials Scienceand Engineering and Chemical Engineering at the University ofWashington,Seattle. WA. Dr. Cao has published over 800 technicalpapers and authored and edited 8 books, and has been granted with 21US patents. He is one of Clarivate Highly Cited Researchers with a totalcitation of > 62.000 and an h-index of 125. His book Nanostructuresand Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications” has beenprinted and sold over 12,000 copies in English and used as textbook orreference book in over 100 universities, and also translated ancpublished in Russian, Korean, and Chinese.