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山東大學(xué)張進(jìn)濤Nature子刊：調(diào)控水合鋅離子助力鋅電池的氧化還原可逆性

鋅（Zn）的枝晶生長和析氫反應(yīng)（HER）等副反應(yīng)會(huì)降低鋅基電池的性能，但是這些問題與水合鋅離子的脫溶過程密切相關(guān)。

基于此，山東大學(xué)張進(jìn)濤教授等人報(bào)道了通過調(diào)節(jié)苯酚磺酸鋅和4-甲苯磺酸-四丁基銨作為一類電解質(zhì)的配位微環(huán)境，可以有效地調(diào)節(jié)水合鋅離子的溶劑化結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)。

在鋅電極可逆循環(huán)超過2000 h、庫倫效率（CE）高達(dá)99.1%、過電位低至17.7 mV的情況下，聚苯胺正極電池在10000次循環(huán)中表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

由于PS^?具有正靜電電位（ESP）（SO₄^2?為-6.4 vs. -10.46 eV），Zn²⁺-H₂O、Zn²⁺-SO₄^2?、SO₄^2?-H₂O、Zn²⁺-PS^?和PS^?-H₂O之間的結(jié)合能分別為-104.2、-642.8、-32.1、-420.7和-15.3 kcal/mol。

Zn²⁺和PS^?離子之間的靜電力比SO₄^2?離子之間的靜電力弱，但比Zn²⁺和H₂O分子之間的靜電力強(qiáng)。在ZnSO₄電解質(zhì)中，在1.92 ?處有一個(gè)尖峰，配位數(shù)為5.22，對(duì)應(yīng)的是Zn²⁺離子與水分子氧之間的距離。因此，在有或沒有陰離子參與第一溶劑化結(jié)構(gòu)的溶液中，Zn²⁺離子更傾向于以六配位形式存在。

在Zn(PS)₂中，Zn-O_w和Zn-O_anion的配位峰分別位于1.94和1.82 ?，配位數(shù)分別為5.61和0.39。PS^?負(fù)離子的電荷分散表現(xiàn)出與Zn²⁺離子的弱相互作用，對(duì)比SO₄^2?負(fù)離子，配位長度增大。

其中，Zn(H₂O)₅(SO₄)和Zn(H₂O)₅(PS)⁺的脫溶能分別為719.4和492.2 kcal/mol。體積較大的PS^?陰離子也降低了H₂O分子的配位數(shù)，與拉曼光譜結(jié)果一致。

Coordination modulation of hydrated zinc ions to enhance redox reversibility of zinc batteries. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-39237-3.

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山東大學(xué)張進(jìn)濤Nature子刊：調(diào)控水合鋅離子助力鋅電池的氧化還原可逆性

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