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可充水系鋅金屬電池由于其高能量密度、低成本和不易燃性而成為有前途的電網(wǎng)存儲(chǔ)系統(tǒng)。然而，由于枝晶的形成和充放電循環(huán)過程中同時(shí)發(fā)生的水分解，鋅金屬負(fù)極有很大的局限性。

這兩個(gè)過程都對(duì)庫(kù)侖效率（CE）和長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響。此前曾提出鹽包水（WIS）電解液來解決這些挑戰(zhàn)，使鋅金屬負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定性得到了改善。

雖然WIS電解液有助于提高CE，但它們需要大量的鹽（通常是有毒的），并且粘度急劇增加，這反過來又限制了它們的傳輸特性、充放電速率和在先進(jìn)鋅電池中的可用性。

圖1. 醋酸鋅-K溶液在室溫下的物理化學(xué)特性

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Maria R. Lukatskaya 等研究了電解液的WIS設(shè)計(jì)是否總是對(duì)循環(huán)的鋅負(fù)極最有利，或者是否可以用非WIS電解液實(shí)現(xiàn)同等甚至更有前景的性能。

先前的研究表明，鋅的沉積和剝離效率受到Zn離子配位環(huán)境的強(qiáng)烈影響，而這種配位環(huán)境又受到電解液形態(tài)的影響。然而，許多文獻(xiàn)中考慮的主要參數(shù)與電解液濃度有關(guān)，在WIS條件下，陰離子被迫進(jìn)入鋅的配位圈。同時(shí)，眾所周知，如果陰離子的配位能力高于水的配位能力，即使在水包鹽溶液中也可以實(shí)現(xiàn)陽離子的富水配位。

在此，作者研究了電解液濃度如何影響鋅離子在混合陽離子乙酸鹽溶液中的局部配位，以及改性電解液形態(tài)如何影響電解液的物理化學(xué)特性和Zn沉積/剝離效率。選擇乙酸鹽是因?yàn)橐宜猁}陰離子對(duì)過渡金屬離子有很強(qiáng)的配位能力（相對(duì)于水），成本低，對(duì)環(huán)境友好。

圖2. 循環(huán)伏安測(cè)試

結(jié)果表明，使用WIS系統(tǒng)本身不一定能提高鋅電池的效率，在鋅電池的電解液工程中應(yīng)考慮陰離子和支持陽離子的作用。

對(duì)于所研究的電解液系列（Zn_0.2K_0.8OAc_1.2 nH₂O），作者證明在水與陽離子比例為n=10時(shí)，已經(jīng)在Zn周圍觀察到類似WIS的配位環(huán)境，這使得能夠?qū)崿F(xiàn)與更稀或更濃（WIS）的方案相當(dāng)?shù)母逤E（99.8%）和倍率性能。

重要的是，這項(xiàng)工作提供了全面的電解液表征，并將其結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)特性與電化學(xué)性能聯(lián)系起來。此外，除了對(duì)建模結(jié)果進(jìn)行廣泛的驗(yàn)證外，作者還發(fā)現(xiàn)并討論了WIS雙鹽水系乙酸鹽電解液與先前報(bào)告的定量差異。

圖3. Zn_0.2K_0.8OAc_1.2 nH₂O的電化學(xué)特性與水/陽離子比 “n “的關(guān)系

Creating water-in-salt-like environment using coordinating anions in non-concentrated aqueous electrolytes for efficient Zn batteries. Energy & Environmental Science 2023. DOI: 10.1039/d3ee00205e

原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/08/925f652de9/

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?EES：鹽包水電解液并不一定有助于提高鋅負(fù)極效率

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