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李成超/葉明暉AFM：原位保護層同時調節(jié)鋅金屬負極的離子分布和脫溶活化能

盡管具有高比容量、低成本和高安全性的優(yōu)點，但水系鋅金屬電池（AZMB）的實際應用受到鋅金屬負極的枝晶生長和腐蝕反應的困擾。

圖1. 鋅/電解質界面電化學行為的示意圖

廣東工業(yè)大學李成超、葉明暉等通過簡單的水熱法在Zn箔上原位構建了Zn₃(PO₄)·4H₂O保護層(Zn@ZnPO)，并避免了傳統(tǒng)的漿料涂覆工藝，以解決上述問題。研究顯示，ZnPO保護層具有以下優(yōu)勢：

1）非導電ZnPO膜在調節(jié)Zn²⁺離子的均勻分布方面起到了離子篩選作用，避免了Zn枝晶的生長；

2）ZnPO層可確保Zn²⁺離子沉積在其自身下方，并適應循環(huán)期間Zn負極的動態(tài)體積變化；

3）與裸鋅負極（55.93 kJ mol^?1）相比，Zn@ZnPO較低的去溶劑化活化能為35.25 kJ mol^?1，因此有助于溶劑化[Zn(H₂O)₆]²⁺的脫水，從而改善AZMB的轉移動力學；

4）致密的ZnPO層能夠顯著排斥水分子，抑制Zn金屬負極的腐蝕和鈍化。

圖2. 半電池性能

得益于這些優(yōu)勢，基于Zn@ZnPO的電池在面積容量為1mAh cm^?2和5mA cm^?2電流密度情況下，經過1976小時后顯示出≈57.3mV的低電壓滯后。在相同的測試條件下，Cu//Zn@ZnPO半電池在927次循環(huán)內提供了99.8%的平均CE。

此外，與商用V₂O₅或MnO₂正極配對，Zn@ZnPO// V₂O₅和Zn@ZnPO// MnO₂全電池相較于裸鋅全電池表現(xiàn)出更低的電壓極化和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

圖3. 全電池性能

Regulation of Ionic Distribution and Desolvation Activation Energy Enabled by In Situ Zinc Phosphate Protective Layer toward Highly Reversible Zinc Metal Anodes. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202208230

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