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楊維慎團隊EES:MOF納米片作為離子載體制備自優(yōu)化鋅負極

楊維慎團隊EES:MOF納米片作為離子載體制備自優(yōu)化鋅負極
水系鋅離子電池由于其低成本和高安全性,在電網(wǎng)存儲中具有廣闊的應(yīng)用前景。然而,由于枝晶形式的無序金屬沉積及其嚴重的水腐蝕性阻礙了其實際應(yīng)用。
楊維慎團隊EES:MOF納米片作為離子載體制備自優(yōu)化鋅負極
在此,中國科學院大連化物所楊維慎院士團隊提出了“離子載體”的概念,以使離子通量與電場解耦。采用動態(tài)可回收的金屬有機骨架納米片作為Zn2+載體來容納、傳輸和約束Zn2+離子,從而實現(xiàn)穩(wěn)定、可預(yù)測和保形的Zn2+離子沉積。
因此,鋅負極在循環(huán)過程中在形態(tài)和取向方面經(jīng)歷自優(yōu)化過程。Zn的選擇性(002)沉積產(chǎn)生了穩(wěn)定的(002)結(jié)構(gòu),以及無副產(chǎn)物的表面。結(jié)果顯示,無論是在Zn||Zn對稱電池(6900 h)還是在全電池(6000次循環(huán),容量保持90%)均可以實現(xiàn)Zn負極的高循環(huán)穩(wěn)定性
楊維慎團隊EES:MOF納米片作為離子載體制備自優(yōu)化鋅負極
圖1. 電化學性能
總之,實驗結(jié)果表明DMNs在鋅負極循環(huán)過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。裸鋅電極逐漸重構(gòu)為水平排列的片狀形態(tài)和增強(002)的結(jié)構(gòu),同時伴隨著電解質(zhì)相關(guān)副產(chǎn)物的消除。相對紋理系數(shù)(RCT)為96.9的{002}紋理代表了迄今為止獲得的最強取向。這種取向,以及片層狀的形態(tài),來自于DMNs約束下Zn2+離子的水平排列。
此外,ZSH副產(chǎn)物的消除來自于通過DMN配體自發(fā)轉(zhuǎn)化為有用的Zn-MOF。在DMNs提供的持續(xù)優(yōu)化下,Zn||Zn對稱電池和Zn||NVO(或MnO2)全電池在低倍率和高倍率下均具有出色的性能,形成了一個沒有副產(chǎn)物的{002)紋理鋅電極。更重要的是,“離子載體”策略的多功能性使其有可能擴展到其他可充電金屬電池中。
楊維慎團隊EES:MOF納米片作為離子載體制備自優(yōu)化鋅負極
圖2. 電池性能
MOF Nanosheets as Ion Carriers for Self-Optimized Zinc Anode, Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee01747h

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