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港城大李振聲EnSM: 實(shí)現(xiàn)長壽命水系鋅離子電池穩(wěn)定Zn沉積的電解液工程

直接利用鋅金屬負(fù)極的水系鋅金屬電池（AZMBs）被認(rèn)為是具有高安全性、高理論容量和化學(xué)穩(wěn)定性的下一代商業(yè)電池的候選者。然而，水系電解液狹窄的電化學(xué)穩(wěn)定性窗口、不受控制的枝晶和有限的可逆性仍然困擾著其實(shí)際應(yīng)用。

為此，香港城市大學(xué)李振聲教授、Hui Wang等人設(shè)計(jì)了一種安全、無毒、環(huán)保且價(jià)格低廉的水系Zn(OTf)₂-H₂O-PEG（聚乙二醇）電解液。該電解液體系有以下優(yōu)點(diǎn)：

（i）如NMR、FTIR和拉曼結(jié)果所示，PEG網(wǎng)絡(luò)極大地限制了水分子的活性，從而減少了水分子的分解；

(ii) PEG分子將Zn離子的局部配位環(huán)境從H₂O分子主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)殛庪x子主導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

然后，在鋅負(fù)極上原位合成了（002）晶面優(yōu)先取向的鋅表面和富含ZnF₂的SEI，從而減少了副反應(yīng)以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的界面穩(wěn)定性，這些通過原位光學(xué)可視化觀察（OVO）、異位SEM、XRD、XPS 和MD分析證實(shí)。

圖1. 基于該電解液的Zn||Zn對稱電池的循環(huán)性能

因此，采用 Zn(OTf)₂-(30wt%) H₂O-70wt% PEG的電解液組合物，Zn||Zn對稱電池表現(xiàn)出創(chuàng)紀(jì)錄的超高循環(huán)穩(wěn)定性（在1和2 mA cm^-2的電流密度下可達(dá)到9000和8000小時(shí)）。

此外，Zn||70%PEG||V₂O₅全電池在0.5 A g^-1的電流密度下表現(xiàn)出 345.7 mAh g^-1的高比容量，并在15 A g^-1的高電流密度下500次循環(huán)后表現(xiàn)出84.3% 的容量保持率。這些結(jié)果表明，這種可靠的電解液工程具有抑制水分解和誘導(dǎo)均勻金屬沉積的協(xié)同作用，有望大大提高下一代 AZMB的電化學(xué)性能。

圖2. Zn||70%PEG||V₂O₅全電池的電化學(xué)性能

Electrolyte Engineering Enables Stable Zn-Ion Deposition for Long-Cycling Life Aqueous Zn-ion Batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.11.003

原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/13/84ff7b187f/

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