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周豪慎/楊慧軍EES:大電流下的高可逆性!“絕招”背后的鋅電沉積原理

周豪慎/楊慧軍EES:大電流下的高可逆性!“絕招”背后的鋅電沉積原理
可充電的水系鋅電池提供了一種低成本的技術,方便了清潔能源的儲存和利用。然而,鋅的可逆性差,形態明顯,相互作用復雜,阻礙了它們的實際應用。值得注意的是,研究表明,高電流密度會導致鍍鋅/剝離及其平面內形貌的高度可逆性,這與人們對質量傳輸限制的既定理解相矛盾。
周豪慎/楊慧軍EES:大電流下的高可逆性!“絕招”背后的鋅電沉積原理
在此,日本國立產業技術綜合研究所周豪慎研究員、楊慧軍等團隊討論了上述矛盾的現象,并特別關注其基本機制、現狀和未來的研究方向。除了只關注鋅電沉積行為外,本文還強調了被忽視的析氫反應(HER)及其與鋅電沉積行為的相互作用的影響。研究發現,高電流密度操作可以抑制析氫反應,并為鋅電沉積保留一個整潔的表面。
此外,作者還認為在低容量下實現的超高鋅可逆性可能會導致數據解釋上的誤解,并且遠遠不能滿足高容量鋅電池的標準。因此建議進行全面的分析,將HER和高容量電池測試協議結合起來,以獲得可靠的數據分析。
周豪慎/楊慧軍EES:大電流下的高可逆性!“絕招”背后的鋅電沉積原理
圖1. 2 M ZnSO4電解液中Zn電沉積的形貌演變
鋅的電鍍/剝離效率是衡量可充電鋅電池性能的最關鍵參數。本文通過對質量輸運限制、經典成核理論和廣泛存在的HER理論的綜合討論,闡明了高電流密度下Zn高可逆性的有趣現象。通過強調HER的重要性,本文假設高電流密度的操作可以有效地抑制HER和副產物的積累(特別是在低容量Zn電沉積的情況下)。然而,HER預期的掩蔽效應可能導致錯誤的數據解釋和水系鋅電池的不健康發展。
此外,本文還推薦幾種具有高容量和高DOD的電池測試協議,以方便數據解釋并滿足實際要求。總的來說,作者認為采用一種抑制氫析出的思維方式可能是開發高容量和高可逆鋅金屬負極的關鍵。
周豪慎/楊慧軍EES:大電流下的高可逆性!“絕招”背后的鋅電沉積原理
圖2. 結合HER考慮鋅電沉積原理的示意圖流程圖
High reversibility at high current: the zinc electrodeposition principle behind the “trick”,Energy & Environmental Science? 2023 DOI:?10.1039/d3ee00925d

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