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水分子的高活性會引發臭名昭著的副反應，嚴重損害鋅金屬負極的穩定性。

圖1 基于Grotthuss機制的質子在電解液中通過氫鍵轉移的示意圖

中南大學唐晶晶、楊娟等受水溶液中質子轉移機制的啟發，首次將具有共致效應的外消旋體（ET）引入水系鋅離子電池（ZIBs）的典型水系電解液中。作為一種促滲透劑，環形ET分子具有高極性和多個活性位點，能與H₂O分子形成更強的氫鍵，從而增強水的結構。ET添加劑帶來的氫鍵增強效應增加了氫鍵斷裂和重構的能量勢壘，從而阻礙了質子在H₂O分子間的跳躍傳輸。

結合光譜測量、密度泛函理論（DFT）計算和分子動力學（MD）模擬，氫鍵增強效應和質子傳輸受阻得到了充分證明。此外，值得注意的是，與其他有機添加劑不同，ET添加劑對電化學體系的影響主要集中在阻礙質子傳遞的氫鍵增強作用上，而不是電極界面和Zn²⁺的溶劑化結構上，因此可以在保持快速反應動力學的同時有效抑制析氫反應及其誘導的副反應。此外，副反應被抑制后，表面異質性降低，這有利于Zn²⁺的分散成核，使沉積順利進行，不會出現枝晶沉積。

圖2 半電池性能

因此，使用含ET電解液的Zn//Zn對稱電池在1 mA cm^-2/1 mAh cm^-2條件下可實現5700小時的超長循環壽命，在5 mA cm^-2/5 mAh cm^-2條件下可實現2000小時的超長循環壽命，且電壓滯后較小，在不影響反應動力學的情況下，循環壽命分別延長了27倍和24倍。即使在10 mA cm^-2/10 mAh cm^-2的苛刻條件下，它仍能穩定循環670小時。此外，在鋅/銅不對稱電池的穩定長循環過程中，CE高達 99.6%。

重要的是，優化后的電解液還使Zn//MnO₂和Zn//NV全電池實現了長期穩定壽命，這證明了實際應用的潛力。這項研究揭示了氫鍵調控對電解液的潛在影響機制，在保持高電化學活性的同時顯著提高了鋅負極的穩定性，為高性能鋅離子電池的設計提供了創新見解。

圖3 全電池性能

Attenuating Water Activity Through Impeded Proton Transfer Resulting from Hydrogen Bond Enhancement Effect for Fast and Ultra-Stable Zn Metal Anode. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202302828

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?中南AEM：通過氫鍵增強效應削弱水活性，實現快速超穩定的鋅金屬負極

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