我國(guó)學(xué)者研發(fā)穩(wěn)定鋅陽(yáng)極?大幅提升電池循環(huán)壽命

(資料圖片僅供參考)

記者近日從安徽大學(xué)了解到，該校材料科學(xué)與工程學(xué)院吳明在教授團(tuán)隊(duì)提出了在鋅片表面制備二氧化鈦無(wú)機(jī)納米層和硬脂酸有機(jī)分子層共同組成的多功能篩，以獲得穩(wěn)定的鋅陽(yáng)極，從而抑制鋅枝晶的生長(zhǎng)，減弱析氫反應(yīng)，緩解鋅陽(yáng)極腐蝕。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在材料領(lǐng)域期刊《先進(jìn)應(yīng)用材料》上。

鋅離子電池具有理論容量高、鋅金屬氧化還原電位低以及安全性高等優(yōu)勢(shì)，在大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)領(lǐng)域中極具前景。然而在鋅沉積過(guò)程中，鋅離子沿陽(yáng)極表面進(jìn)行擴(kuò)散時(shí)，會(huì)形成不規(guī)則的鋅枝晶，從而刺破隔膜而導(dǎo)致電池發(fā)生短路。到目前為止，已經(jīng)有許多報(bào)道關(guān)于無(wú)機(jī)保護(hù)層和有機(jī)框架用于穩(wěn)定鋅陽(yáng)極。雖然金屬化合物的無(wú)機(jī)保護(hù)層可以降低析氫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，并作為防止枝晶生長(zhǎng)的物理屏障，但它們的低離子電導(dǎo)率和與鋅陽(yáng)極的弱界面接觸對(duì)鋅電鍍/剝離的長(zhǎng)期循環(huán)產(chǎn)生了負(fù)面影響。與無(wú)機(jī)材料相比，有機(jī)框架膜較弱的分子間范德華力減少了鋅離子插入的靜電相互作用，并加速了鋅離子的擴(kuò)散速率，防止了枝晶生長(zhǎng)。鋅枝晶、腐蝕和鋅電極析氫這3個(gè)問(wèn)題相互依賴(lài)，相互影響，因此，需要對(duì)鋅陽(yáng)極問(wèn)題進(jìn)行綜合考慮。

安徽大學(xué)供圖

基于此，研究人員提出了在鋅片表面制備一種由二氧化鈦無(wú)機(jī)納米層和硬脂酸有機(jī)分子層共同組成的多功能篩，以調(diào)控鋅離子、水和羥基動(dòng)力學(xué)特性獲得穩(wěn)定的鋅陽(yáng)極。實(shí)驗(yàn)和理論模擬證實(shí)，該多功能篩能夠加速鋅離子的傳輸和沉積動(dòng)力學(xué)改善鋅陽(yáng)極表面電場(chǎng)分布，阻礙活性水與鋅陽(yáng)極直接接觸以及束縛羥基在無(wú)機(jī)納米層和有機(jī)分子層之間;從而抑制鋅枝晶的生長(zhǎng)，減弱析氫反應(yīng)，緩解鋅陽(yáng)極腐蝕。結(jié)果顯示，在鋅片表面引入多功能篩能夠有效地提高鋅陽(yáng)極的循環(huán)壽命及庫(kù)倫效率。

業(yè)內(nèi)專(zhuān)家認(rèn)為，這項(xiàng)成果能夠進(jìn)一步緩解腐蝕反應(yīng)、析氫和枝晶生長(zhǎng)等多個(gè)問(wèn)題，大大提升電池的循環(huán)壽命。

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