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川師/港理工/哈工大EnSM:利用微量極性添加劑調節亥姆霍茲平面實現長壽命鋅離子電池

川師/港理工/哈工大EnSM:利用微量極性添加劑調節亥姆霍茲平面實現長壽命鋅離子電池
金屬鋅(Zn)具有較強的水穩定性、內在安全性和較高的理論比容量,因此具有廣闊的應用前景。然而,在水系電解中反復沉積和剝離 Zn 時,Zn 金屬電極/電解質界面(EEI)通常不穩定,會引發 Zn 枝晶生長以及嚴重的鈍化和析氫反應(HER)等,從而降低 AZIB 的循環穩定性。
川師/港理工/哈工大EnSM:利用微量極性添加劑調節亥姆霍茲平面實現長壽命鋅離子電池
在此,四川師范大學賃敦敏、鄭蕎佶、香港理工大學徐賓剛、Zhao Jingxin 、哈爾濱工業大學 Zhao Ruyi等人在鋅金屬電池中引入了一種微量麥芽糖(Malt)添加劑,該添加劑親鋅性強,分子間氫鍵牢固,且含有大量高電負性的羥基,可動態調節亥姆霍茲平面(HP)上的組分,從而實現水系鋅電池(AZIBs)的高穩定性和可逆性鋅負極。特別地,麥芽分子優先吸附在(100)和(101)晶面上,以促進 Zn2+ 沿(002)晶面均勻致密地沉積。
Zn||Zn 對稱電池得益于獨特的動態 HP,在 2 mA cm-2 的條件下,經過 5300 小時的測試,表現出卓越的性能,在 30 mA cm-2 的條件下,累積放電容量達到 3.6 Ah cm-2,放電深度 (DOD) 高達 51.3%。同時,Zn//KVO 全電池可在低正負容量比(N/P)條件下穩定運行 800 個循環。
川師/港理工/哈工大EnSM:利用微量極性添加劑調節亥姆霍茲平面實現長壽命鋅離子電池
圖1. Zn 電極上的電場分布
總之,該工作選擇了具有大量電負性羥基的麥芽糖(Malt)分子作為高效電解質添加劑,以穩定鋅金屬負極,從而實現長壽命水系鋅離子電池。在本工作中,暴露的極性羥基有利于形成強分子間氫鍵,而微量添加劑分子則形成動態調節的 IHP,從而實現 Zn2+ 的長期致密均勻沉積。此外,理論和實驗結果表明,麥芽分子在 Zn 表面的優先吸附為 Zn 電極的 IHP 提供了低濃度的 H2O 和 SO42-,有效抑制了副反應。
因此,含有微量麥芽的 Zn||Zn 對稱電池在各種電流密度和有限容量條件下均表現出卓越的循環穩定性。同時,由于麥芽添加劑對鋅金屬表面SEI 的結構重構和正極在循環過程中的穩定性有很大的積極作用, Zn// KVO 全電池可以在較低的正負容量比(N/P)下穩定運行 800 個循環。因此,該工作為鋅金屬電池的發展提供了新的方向。
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圖2. Zn// KVO 全電池性能
Regulating the helmholtz plane by trace polarity additive for long-life Zn ion batteries, Energy Storage Materials 2024 DOI: 10.1016/j.ensm.2024.103202

原創文章,作者:Jenny(小琦),如若轉載,請注明來源華算科技,注明出處:http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/03/22/370ec695bf/

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