哈工大材料結(jié)構(gòu)精密焊接與連接全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、鄭州研究院田艷紅課題組實(shí)現(xiàn)鋅金屬的無枝晶電鍍
哈工大全媒體(李雙余 孫卿/文 鄭州研究院/圖)近日,我校材料結(jié)構(gòu)精密焊接與連接全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、鄭州研究院智能焊接與裝備制造研究所田艷紅教授課題組聯(lián)合西班牙加泰羅尼亞能源研究所及我校深圳校區(qū)相關(guān)課題組,通過溶劑化結(jié)構(gòu)調(diào)控方法,實(shí)現(xiàn)了鋅金屬的無枝晶電鍍。研究成果以《溶劑化結(jié)構(gòu)調(diào)控實(shí)現(xiàn)超穩(wěn)定鋅陽極電鍍/剝離》(Modulating the solvation structure to enhance amorphous solid electrolyte interface formation for ultra-stable aqueous zinc anode)為題發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》(Energy & Environmental Science)上。該研究成果可廣泛應(yīng)用于涂層、封裝、儲(chǔ)能、抗腐蝕等領(lǐng)域。
水系鋅離子電池(AZIBs)憑借高理論容量、豐富的鋅資源以及良好的安全性,成為下一代儲(chǔ)能器件的有力候選。然而,鋅金屬負(fù)極面臨著不可控的析氫反應(yīng)(HER)、腐蝕和枝晶生長(zhǎng)等問題,這些挑戰(zhàn)嚴(yán)重限制了AZIBs的進(jìn)一步發(fā)展與實(shí)際應(yīng)用。
該研究通過添加三氟乙酸鋅(ZnCF3COO2)添加劑來設(shè)計(jì)電極液的溶劑化結(jié)構(gòu),成功地在鋅陽極上誘導(dǎo)生成無定形的硫化鋅/氟化鋅(ZnS/ZnF2 )的混合固體電解質(zhì)界面(SEI)膜,并通過多尺度仿真分析和實(shí)驗(yàn)表征結(jié)合,闡明了溶劑化結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)誘導(dǎo)SEI形成的內(nèi)在機(jī)制。研究顯示,該SEI促進(jìn)了鋅的均勻鍍層、增強(qiáng)了離子傳輸動(dòng)力學(xué)并抑制了枝晶生長(zhǎng)。鋅鋅(Zn||Zn)對(duì)稱電池成功實(shí)現(xiàn)超6個(gè)月的穩(wěn)定循環(huán),并在高放電深度(DOD,電流密度60 mA cm-2)下運(yùn)行超過180小時(shí)。這項(xiàng)研究闡明了溶劑化結(jié)構(gòu)工程在解決鋅陽極枝晶關(guān)鍵問題方面的潛力,為推進(jìn)電解質(zhì)策略在相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用提供了新思路。
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圖1 溶劑化結(jié)構(gòu)
圖2 鋅陽極表征
圖3 鋅電鍍行為表征與能級(jí)計(jì)算
圖4 多尺度仿真模擬
圖5 鋅枝晶形貌表征
圖6 性能測(cè)試
哈工大為論文第一單位。哈工大材料結(jié)構(gòu)精密焊接與連接全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、鄭州研究院田艷紅教授、孫卿副研究員,深圳校區(qū)慈立杰教授,西班牙加泰羅尼亞能源研究所安德魯·卡伯特教授(A. Cabot)為論文通訊作者。孫卿副研究員、加泰羅尼亞能源研究所博士后曾桂芳為論文共同第一作者。
該研究受到河南省青年科學(xué)家專項(xiàng)資助。
文章鏈接:
https://doi.org/10.1039/D4EE03750B