由于鋅(Zn)金屬的熱力學不穩定性導致的枝晶和析氫反應等問題,阻礙了水系鋅離子電池(AZIBs)的實際應用。通過界面工程改性鋅表面可以有效解決上述問題。
圖1. G&B-S界面的作用示意及表征
北京理工大學陳人杰、黃永鑫等制備了磺酸鹽鈍化石墨烯-硼烯納米片(G&B-S)復合界面層,以通過簡單、綠色的電鍍方法來調節鋅的沉積/剝離,并減輕與電解液的副反應。
研究顯示,由于磺酸鹽基團的電負性,G&B-S界面通過快速脫溶劑化過程和均勻的界面電場減輕了尖端效應,從而促進了無枝晶的沉積行為。理論計算和石英晶體微天平(QCM-D)實驗證實了G&B-S界面層的快速動態機制和優異的機械性能。
圖2.?半電池性能
結果,通過動態-機械耦合作用,G&B-S@Zn對稱電池在5 mA cm-2的高電流密度下可循環使用1900小時,過電位低至≈30 mV。此外,當與LMO陰極耦合時,LMO//G&B-S@Zn電池也表現出優異的性能,這表明G&B-S@Zn陽極具有出色的耐久性。因此,這種新型多功能界面層為顯著提高AZIBs的電化學性能提供了一種可行的方法。
圖3.?LMO//G&B-S@Zn電池性能
Interface Engineering with Dynamics-Mechanics Coupling for Highly Reactive and Reversible Aqueous Zinc-Ion Batteries. Advanced Science 2023. DOI: 10.1002/advs.202306656
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