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AEM:金屬氧化物氣凝膠,穩定可充鋅金屬負極的新視野

AEM:金屬氧化物氣凝膠,穩定可充鋅金屬負極的新視野
AEM:金屬氧化物氣凝膠,穩定可充鋅金屬負極的新視野
圖1. VAG-Ce@Zn負極的設計策略示意
枝晶沉積和副反應一直是鋅負極的界面挑戰,這阻礙了實用水系鋅基電池的發展。江南大學劉天西、陳蘇莉、廣東工業大學張文禮、沙特阿卜杜拉國王科技大學Husam N. Alshareef等報道了一種富含氧空位的CeO2氣凝膠(VAG-Ce)界面層,該界面層同時集成了Zn2+的選擇性、孔隙率和輕質性,可作為實現無枝晶和無腐蝕鋅負極的新策略。
VAG-Ce有序且均勻的納米通道可以充當離子篩,通過調節Zn2+通量在Zn負極表面重新分布Zn2+,實現均勻的Zn沉積并顯著抑制枝晶生長。
要的是,暴露在VAG-Ce表面的豐富氧空位可以強烈捕獲SO42-,形成一個負電荷層,并可以吸引Zn2+并加速Zn2+的遷移動力學,而隨后額外陰離子的排斥可以有效抑制(Zn4SO4(OH)6·xH2O)副產物的產生,從而實現超穩定的Zn負極。
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圖2. 半電池性能
因此,VAG-Ce改性的Zn負極(VAG-Ce@Zn)能夠在4 mA cm?2下實現4000小時以上的長壽命,并且在8 mA cm?2和85%的高鋅利用率下實現了創紀錄的1200小時的高循環穩定性,這使得VAG@Zn/MnO2電池的容量保持和循環性能極佳。
總體而言,這項工作通過引入富含氧空位的氣凝膠提出了一個創新的設計概念,并為穩定大規模儲能的鋅負極提供了一個新的前景。
AEM:金屬氧化物氣凝膠,穩定可充鋅金屬負極的新視野
圖3. 基于VAG-Ce@Zn負極的全電池的電化學性能
Metal Oxide Aerogels: A New Horizon for Stabilizing Anodes in Rechargeable Zinc Metal Batteries. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300331

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