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【DFT+實驗】南開大學張凱團隊Angew.:功能化MOF人工SEI實現5000次循環鋅金屬電池!

【DFT+實驗】南開大學張凱團隊Angew.:功能化MOF人工SEI實現5000次循環鋅金屬電池!
水系鋅電池(AZB)具有高安全性和低成本的特點,但復雜的負極副反應和枝晶生長嚴重地限制了其商業化。
【DFT+實驗】南開大學張凱團隊Angew.:功能化MOF人工SEI實現5000次循環鋅金屬電池!
圖1. Zn在不同襯底上的沉積示意以及功能電極的制備過程
南開大學張凱等提出了一種乙二胺四乙酸(EDTA)功能化的MOF-808(MOF-E)作為人工SEI來協同調節負極脫溶劑化和沉積過程。
實驗和理論研究證實,接枝在MOF-E通道中的EDTA基團作為離子捕獲的觸角,可與Zn2+有力地配合,加速了Zn2+的解溶劑化和傳輸過程。
MOF的孔隙具有均勻的誘導脫溶劑化位點,加上快速的離子傳輸通道,可引導水平排列的Zn沉積,其具有(002)的優先方向。
【DFT+實驗】南開大學張凱團隊Angew.:功能化MOF人工SEI實現5000次循環鋅金屬電池!
圖2. Zn2+脫溶劑化過程的機制
因此,Zn沉積/剝離的CE提高到99.70%,Zn|MOFE@ Cu電池的壽命延長到2500次。MOF-E@Zn|KVOH(水合釩酸鹽,KV12O30-y-nH2O)電池在8A g-1時平穩地運行了5000次后容量保持率達到90.47%。
此外,相應的小軟包電池可使發光二極管(LED)即使在彎曲和切割的惡劣條件下也能發光。總體而言,這項工作擴展了為可持續負極設計SEI層的路線,促進了AZB的商業應用。
【DFT+實驗】南開大學張凱團隊Angew.:功能化MOF人工SEI實現5000次循環鋅金屬電池!
圖3. 電化學性能研究
Bifunctional Interphase with Target-Distributed Desolvation Sites and Directionally Depositional Ion Flux for Sustainable Zinc Anode. Angewandte Chemie International Edition 2023.?

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