8月1日，記者從海南大學(xué)獲悉，該校海洋科學(xué)與工程學(xué)院海洋清潔能源創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)副教授楊金霖研究發(fā)現(xiàn)，通過引入二氟草酸硼酸鈉作為電解液添加劑可以提高水系鋅離子電池負(fù)極與電解質(zhì)界面的穩(wěn)定性。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在化學(xué)領(lǐng)域頂級期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》上。
可充電水系鋅離子電池因其低成本、高安全性、高理論比容量等優(yōu)勢，被視為新一代儲能技術(shù)的潛力候選者。然而，不可控的枝晶生長、析氫反應(yīng)和表面腐蝕等問題嚴(yán)重制約其實(shí)際應(yīng)用。枝晶生長會(huì)導(dǎo)致電池短路，顯著縮短電池循環(huán)壽命，析氫反應(yīng)和表面腐蝕會(huì)降低電池效率，惡化電池性能。
記者了解到，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種有效的電解質(zhì)調(diào)控方法。通過引入二氟草酸硼酸鈉作為雙功能電解質(zhì)添加劑，構(gòu)建高度穩(wěn)定的負(fù)極和電解質(zhì)界面。在實(shí)驗(yàn)過程中，團(tuán)隊(duì)以硫酸鋅水溶液為基礎(chǔ)電解液，通過優(yōu)化二氟草酸硼酸鈉添加濃度，制備復(fù)合電解液，確保其兼具良好的離子傳導(dǎo)性和界面調(diào)控能力。電解液中形成的二氟草酸硼酸根陰離子捕獲鋅離子并擇優(yōu)沉積在鋅（100）晶面，形成了具有高取向性的（100）織構(gòu)的無枝晶鋅負(fù)極。同時(shí)，二氟草酸硼酸根陰離子在鋅表面的強(qiáng)吸附作用促進(jìn)了電極/電解質(zhì)界面上貧水雙電層結(jié)構(gòu)的形成。
研究結(jié)果表明，高取向性鋅（100）織構(gòu)和貧水雙電層結(jié)構(gòu)的形成能夠抑制枝晶生長和析氫腐蝕副反應(yīng)，提升電池循環(huán)穩(wěn)定性。得益于均勻的鋅沉積和受抑制的寄生副反應(yīng)，鋅負(fù)極具有高度可逆性。所組裝的鋅—鋅對稱電池和鋅—銅不對稱電池具有良好性能。此外，優(yōu)化的電解質(zhì)使鋅—釩酸銨全電池具備高容量和長循環(huán)壽命特性，有效推動(dòng)了水系鋅離子電池的實(shí)際應(yīng)用。
楊金霖表示，在此次實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)首次提出了一種雙管齊下的電解液調(diào)控策略，即同時(shí)調(diào)控鋅（100）晶面取向均勻沉積和構(gòu)建貧水的雙電層結(jié)構(gòu)。該策略可有效解決不可控的枝晶生長和析氫腐蝕副反應(yīng)問題，為增強(qiáng)鋅金屬負(fù)極可逆性和穩(wěn)定性以及開發(fā)高性能水系鋅電池提供新的研究思路。
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