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北理工陳人杰/羅沖，最新Angew：超穩(wěn)定！循環(huán)4500小時！

第一作者：Yafei Guo

通訊作者：?陳人杰、羅沖

通訊單位：北京理工大學(xué)

論文速覽

人工界面提供了一種控制水系鋅基電池中鋅枝晶和表面腐蝕的綜合方法。然而，由于鋅沉積/剝離過程中體積持續(xù)變化，傳統(tǒng)的界面層無法始終如一地適應(yīng)枝晶表面，這導(dǎo)致不受控制的枝晶生長和析氫。

本論文提出了一種新型的動態(tài)共價鍵智能人工界面，用于調(diào)控鋅在鋅離子電池中的沉積/剝離行為，以提高電池的高性能。

研究團隊發(fā)現(xiàn)，動態(tài)共價鍵在不同電流密度下對鋅沉積具有“雙面效應(yīng)”，能夠在低電流密度下自適應(yīng)重排網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少體積變化帶來的析氫反應(yīng)，同時在高電流密度下通過增強機械強度來抑制鋅枝晶的生長。通過這種智能界面，組裝的對稱電池能夠在4500小時內(nèi)穩(wěn)定循環(huán)，而PBSC@Zn||V₂O₅軟包電池展示了超過170 mAh g^-1的比容量。這項研究為鋅陽極界面工程提供了創(chuàng)新方法，顯著提升了電池的循環(huán)性能。

圖文導(dǎo)讀

圖1：聚硼硅氧烷(PBS)的合成過程以及動態(tài)共價B-O鍵的可逆結(jié)合/解離行為。通過傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)分析確認了PDMS和硼酸的成功交聯(lián)，并通過流變學(xué)測試展示了PBS在不同剪切頻率下的力學(xué)性能轉(zhuǎn)變。

圖2：通過掃描電子顯微鏡(SEM)和能量色散譜(EDS)展示了PBSC界面層在鋅陽極上的形貌和元素分布，以及原子力顯微鏡(AFM)表征PBSC改性層的表面形貌和模量。

圖3：通過循環(huán)伏安法(CV)曲線、計時電流法(CA)曲線和庫侖效率曲線展示了PBSC改性鋅陽極在鋅||銅不對稱電池中的電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)和循環(huán)性能。

圖4：SEM圖像和原子力顯微鏡(AFM)PBSC表征改性鋅陽極在不同電流密度下鋅沉積的表面形貌，并通過原位光學(xué)顯微鏡圖像展示了動態(tài)鋅沉積過程。

圖5：PBSC改性鋅陽極與V₂O₅正極組成的全電池的電化學(xué)性能。

總結(jié)展望

本研究成功開發(fā)了一種自適應(yīng)且具有剪切增稠特性的PBSC智能界面層，有效抑制了鋅陽極的析氫反應(yīng)，并實現(xiàn)了鋅的均勻致密沉積。動態(tài)B-O鍵的可逆結(jié)合/解離增強了局部結(jié)構(gòu)完整性，有效阻止了鋅枝晶的持續(xù)生長，并保證了充足的鋅離子傳輸。

因此，PBSC改性的鋅陽極展現(xiàn)了卓越的循環(huán)穩(wěn)定性，能在1 mA cm^-2的電流密度下超過4500小時穩(wěn)定循環(huán)，即使在10 mA cm^-2的高電流密度下也能達到1500小時的運行壽命。此外，PBSC@Zn||V₂O₅軟包電池展示了超過170 mAh g^-1的比容量，證明了其在實際應(yīng)用中的潛力。

動態(tài)共價鍵改性界面為調(diào)控離子傳輸和設(shè)計無枝晶金屬陽極提供了新的途徑，為鋅離子電池的實際應(yīng)用帶來了巨大的希望。

文獻信息

標(biāo)題: Dynamic Covalent Bonds Regulate Zinc Plating/Stripping Behaviors for High-Performance Zinc Ion Batteries

期刊: Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202406597

原創(chuàng)文章，作者：wang，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/05/22/35a965ce95/

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