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?中南潘安強/周雙AFM：通過原位凝膠化調節離子導電電極-電解質界面以獲得穩定的鋅金屬負極

枝晶生長和嚴重的副反應仍然是推進水系鋅離子電池的挑戰性問題。這些關鍵問題與鋅離子的界面化學、溶劑化結構和傳輸動力學密切相關。

在此，中南大學潘安強、周雙等人在鋅金屬上原位構建了一個可調節的離子導電電極-電解質界面（PVA-Zn(CF₃SO₃)₂-Si₃N₄，簡稱 PZS）。PZS 能有效加速離子傳輸并擠出界面水，從而實現無枝晶的鋅沉積，并消除副反應。

得益于這些特點，PZS-Zn具有穩定、可逆的鋅剝離/沉積性能，超長循環壽命達 3800 小時，庫侖效率高達 99.8%。與 NH₄V₄O₁₀ 正極配對的全電池在 5 A g^-1 的條件下可穩定運行 1000 個循環，容量保持率接近 100%。

圖1. 結構表征

總之，該工作通過原位交聯反應設計出了一種聚合物層，使 Zn²⁺ 離子的遷移/擴散動力學和界面排水得以同時實現。基于高介電常數的特點，加入的納米級 Si₃N₄ 提供了良好的 Zn²⁺ 通量分布和高離子導電性。PZS 結構中的負磺酸基團 CF₃SO^3-可為 Zn 負極提供強大的靜電吸引力，從而對電解質中的 Zn²⁺ 產生拉力，實現界面排水。

因此，PZS 實現了均勻鋅沉積和水誘導腐蝕抑制的協同效應，從而顯著提高了鋅的利用率，最高可達 99.8%。NH₄V₄O₁₀//PZS-Zn 全電池能以實用的軟包電池形式顯示出高容量和顯著的循環可逆性。該工作為負極表面保護層的設計開辟了新的方向，從而為儲能設備的制造帶來了可能性。

圖2. 裸鋅和 PZS-Zn 的 NVO//Zn 電池的電化學性能

Regulated Ion-Conductive Electrode–Electrolyte Interface by In Situ Gelation for Stable Zinc Metal Anode, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202309350

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