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北大深研院AFM:可量產纖維隔膜助力循環1年的超穩定鋅負極!

抑制不可控的鋅生長

北大深研院AFM:可量產纖維隔膜助力循環1年的超穩定鋅負極!
水系鋅離子電池(AZB)由于其固有的安全性和低成本,是下一代能源存儲的一個有希望的候選者。然而,目前AZB受到鋅枝晶生長和不良副反應的困擾,這導致循環穩定性差和過早失效。
北京大學深圳研究生院潘鋒、李舜寧、Runzhi Qin等開發了一種基于聚丙烯腈/氧化石墨烯(PG)復合納米纖維的獨特隔膜,它含有豐富的親鋅官能團來調節Zn2+離子在隔膜中的遷移和分布,可抑制不可控的鋅生長。
北大深研院AFM:可量產纖維隔膜助力循環1年的超穩定鋅負極!
圖1. 材料制備及表征
研究顯示,PG隔膜具有許多獨特的優點:
1)PG隔膜可以通過分級3D親鋅框架吸收大量電解液;
2)Zn2+的溶劑化結構可以通過以下配位基團改變:-OH、-COOH以及-CN;
3)鋅離子可通過跳躍穿過-CN官能團從而允許鋅離子沿著PG納米纖維快速傳輸。
因此,PG隔膜能夠調節鋅離子的均勻平面沉積并抑制鋅的垂直枝晶生長。結果,在PG隔膜中,Zn2+的遷移數高達0.74,離子電導率高達7.69 mS cm?1
北大深研院AFM:可量產纖維隔膜助力循環1年的超穩定鋅負極!
圖2. 半電池性能
受益于上述優勢,采用PG隔膜的Zn||Zn對稱電池實現了超過13000小時的超穩定循環壽命(循環達1年),Zn||Cu半電池表現出99.82%的優異庫侖效率。
此外,基于PG隔膜的Zn||Zn0.27V2O5全電池在2 A g-1的高電流密度下循環2800次后仍能保持71.5%的初始容量。
總體而言,這項工作為設計多功能隔膜以克服AZB中鋅金屬負極的限制提供了未來的研究方向。
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圖3. 全電池性能
Ultra-Stable Zn Anode Enabled by Fiber-Directed Ion Migration Using Mass-Producible Separator. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202209301

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