界面化學(xué)可改善鋅電池的可充電性
隨著對(duì)環(huán)境友好和有效資源利用的濃厚興趣,對(duì)綠色和安全電池系統(tǒng)的需求日益迫切,提高充電能力是一個(gè)目標(biāo)。由于固體電解質(zhì)中間相(SEI)的表面化學(xué)性質(zhì)是控制可充電電池循環(huán)壽命的關(guān)鍵因素,因此,它是關(guān)鍵的研究重點(diǎn)。
鋅電池(ZBs)的特點(diǎn)是成本低,體積能量輸出出色和具有成本效益的原材料,使其成為滿足可再充電電池需求的有前途的候選者。然而,Zn-電解質(zhì)界面的某些特性限制了可再充電ZB的發(fā)展及其應(yīng)用。
中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與生物工藝技術(shù)研究所的崔光磊教授團(tuán)隊(duì)提出了有關(guān)原位形成的人工SEI的新概念,作為從根本上調(diào)節(jié)Zn電化學(xué)特性的手段。
通過(guò)操縱具有獨(dú)特的陰離子締合陽(yáng)離子溶劑化結(jié)構(gòu)的共晶液體的分解,研究人員首次在鋅陽(yáng)極上觀察到了富含氟化鋅的有機(jī)/無(wú)機(jī)SEI 。
實(shí)驗(yàn)和模型研究的組合表明,陰離子絡(luò)合的Zn物種的分解能明顯降低,這有助于中間相的原位形成。
崔教授說(shuō):“保護(hù)性相即使在高面積容量下也可以進(jìn)行可逆且無(wú)枝晶狀的Zn鍍層/剝離。這是由于快速的離子遷移和較高的機(jī)械強(qiáng)度所致。”
通過(guò)這種界面設(shè)計(jì),組裝好的Zn電池在低速和高倍率下均顯示出出色的循環(huán)穩(wěn)定性,且容量損失可忽略不計(jì)。
另外,用人工保護(hù)性聚酰胺層涂覆Zn表面是容易實(shí)現(xiàn)的。該聚酰胺層具有所有用Zn陽(yáng)極的在中性pH下增強(qiáng)的循環(huán)性能,即使在放電的高深度高度可逆的Zn化學(xué)支持期望的特性。
該研究為鋅陽(yáng)極的合理調(diào)控提供了新的見(jiàn)解,并為解決多價(jià)金屬陽(yáng)極的內(nèi)在特性所帶來(lái)的難題提供了前所未有的途徑。
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