可充鋅電池技術受到陽極可逆性有限的困擾,特別是在使用貧電解液時,這一問題尤為嚴重,這影響了鋅電池用于大規模儲能的經濟優勢。
圖1.?界面表征
加利福尼亞大學Richard B. Kaner等報告了一種鋅配位界面的開發情況,這種界面可以防止化學腐蝕并為鋅陽極提供保護。具體而言,Zn2+離子與組氨酸配體和羧酸配體的選擇性結合形成了一種配位環境,由于其熱力學穩定性和動力學易變性,該環境具有高Zn2+親和力和快速Zn2+擴散能力。實驗和計算都表明,這種配位層可減輕副反應并調節無枝晶的電沉積。
圖2.?半電池性能
因此,使用這種鋅配位界面可以增強循環能力,其在20 mA cm-2的高電流密度下可實現200小時以上的無枝晶鋅沉積/剝離性能。此外,這種可逆性在Zn||LiMn2O4電池中也得到了驗證,該電池在500次循環后的能量密度為74.7 mWh g-1,庫侖效率為99.7%。
此外,作者還展示了一種僅使用10 μL mAh-1電解液的貧電解液全電池,這種電池的循環壽命被延長至100 次,是原始鋅陽極的五倍,其能量密度也大大高于商用水系電池。這項工作展示了在鋅陽極上利用可變配位界面的概念驗證設計,為使用低電解液和制備高能量密度電池提供了一種方法。
圖3. 全電池性能
Labile Coordination Interphase for Regulating Lean Ion Dynamics in Reversible Zn Batteries. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202306145
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