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支春義AM：中性/堿性鋅電池高利用率的轉(zhuǎn)換型單質(zhì)碲負極

2023年10月15日上午10:49 ? 頭條, 干貨, 頂刊 ? 閱讀 22

鋅離子電池（ZIBs）通?；谶^量的金屬鋅負極和水系電解液，在鋅側(cè)存在嚴重的枝晶和放氣問題，導(dǎo)致循環(huán)壽命短。用非鋅負極代替鋅金屬負極是解決這些問題的一種有前景策略，但這仍然受到有限替代品的限制。

在此，香港城市大學(xué)支春義教授等人通過用硫?qū)僭仨?(Te) 代替金屬Zn開發(fā)了一種轉(zhuǎn)化型Te基ZIB，該ZIB可在中性以及堿性電解液中工作。

受益于Te 在水系環(huán)境中的高電導(dǎo)率 (2×10² S m^-1) 和出色的穩(wěn)定性，兩種不同的轉(zhuǎn)化過程（中性電解液中Te→ZnTe₂→ZnTe和堿性電解液中TeO₂→Te→ZnTe）提供了Te負極（分別為425 mAh g^-1和1275 mAh g^-1）的高理論容量，這已通過非原位XRD和XPS表征證實。

圖1. 堿性Te/Ni(OH)₂全電池的轉(zhuǎn)換機制

因此，中性Te/MnO₂和堿性Te/Ni(OH)₂電池可以輸出高放電容量，分別高達106和161 mAh g^-1，且伴隨著負極的高利用率（分別高達50.1%和38.9%）。由于Te負極具有適當?shù)难趸€原電位，這徹底消除了鋅枝晶和放氣問題，有助于在中性和堿性電解液實現(xiàn)超長循環(huán)壽命（5000 次循環(huán)后容量保持率>75%）。

此外還實現(xiàn)了高質(zhì)量能量密度: 176.3 Wh kg^-1（Te/Ni(OH)₂）和81 Wh Kg^-1（Te/MnO₂）。這項工作為設(shè)計先進的轉(zhuǎn)換型負極材料以開發(fā)具有高能量密度和長循環(huán)壽命的高性能ZIBs帶來了一些啟發(fā)。

圖2. Te負極基軟包ZIBs的電化學(xué)性能

Conversion-type Non-metal Elemental Tellurium Anode with High Utilization for Mild/alkaline Zinc Batteries, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202105426

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