由于難以控制的鋅枝晶生長、嚴重的寄生副反應以及較差的低溫性能,水系鋅儲能裝置的發展受到嚴重限制。
圖1 對稱電池性能
電子科技大學周柳江、張永起、佛山科學技術學院陳永等在鋅電池的1 M Zn(ClO4)2和0.5 M Na2SO4電解液中引入了適當濃度為2.1 M的甘油(Gl)作為協同操縱劑和脫溶劑。理論計算和實驗分析證實,Gl-Na+結構在沉積過程中會吸附在鋅負極上,增加了鋅枝晶上負電荷的靜電屏蔽面積,從而抑制了其生長。
同時,Gl對Zn2+的脫溶劑化作用促進了溶劑化結構的優化,從而使Zn2+均勻沉積。此外,Gl還能抑制寄生副反應和電解液的凝結,從而確保電極表面的均勻性,提高低溫性能。
圖2 雜化電解液對鋅沉積剝離過程的影響
因此,采用改性電解液,在 2 mA cm-2和1 mA h cm-2的條件下,穩定的鋅沉積剝離可持續2930小時,是不含Gl電解液的7.5倍。此外,即使在零下10 ℃的條件下,基于活性炭和V2O5//Zn全電池的混合電容器在循環30,000次和3000次后,容量保持率也分別達到了95.37%和62.84%。總體而言,這項研究提出了一種雙添加劑協同作用的有效策略,以促進高性能水系電池鋅電極的穩定性。
圖3 鋅離子混合電容器的電化學行為
Synergistic Electrostatic Shielding Manipulation of Na+ and Desolvation Effect of Zn2+ Enabled by Glycerol for Long-Lifespan and Dendrite-Free Zn Anodes. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102929
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