水系鋅離子電池（AZIBs）因其在安全性、成本和可擴展性方面的吸引力而越來越受到大規(guī)模儲能系統(tǒng)的關(guān)注。盡管已經(jīng)證明具有各種成分的釩氧化物可以可逆地儲存鋅離子，但它們有限的可循環(huán)性，特別是在低電流密度下，以及較差的日歷壽命阻礙了它們的廣泛實際應(yīng)用。
韓國建國大學Ki Jae Kim、首爾大學Jang Wook Choi等基于三氟甲磺酸鋅(Zn(OTf)2)的水系電解液作為優(yōu)化的電解液，通過系統(tǒng)地進行一系列實驗來闡明層狀VO基AZIBs的退化機制。
圖1. VOX電極的電化學特性及其結(jié)構(gòu)和形態(tài)分析
研究發(fā)現(xiàn)，由溶解-沉淀反應(yīng)形成的電化學惰性ZVO相是水合五氧化二釩(VOX)電極容量衰減的主要來源。
此外，VOX電極上ZVO的形成并不僅僅局限于正極，相反，它與鋅金屬負極處的腐蝕有關(guān)，這會擾亂電解液的pH值，從而阻止VO2(OH)2–溶解的“自限性”性質(zhì)。另外，作者在存在和不存在Zn金屬對電極的情況下，采用不同量電解液進行的一系列實驗驗證了基于負極和正極之間交叉干擾的解釋，特別是考慮到電解液pH值對鋅金屬負極腐蝕的敏感性。
圖2. 全電池系統(tǒng)中釩氧化物的溶解及其降解機制
基于這一教訓(xùn)，作者通過加入耐腐蝕的汞改性鋅負極顯著提高了循環(huán)性能，這再次證實了負極腐蝕對循環(huán)壽命影響的重要性，并提供了一種可行的解決方案，盡管必須解決汞的毒性問題。
這項研究的結(jié)果為許多基于釩氧化物的AZIBs在低電流密度循環(huán)和長期儲存期間所報告的不令人滿意性能提供了一個合理的解釋。此外，將兩個電極之間的交叉干擾作為確定影響電池性能的關(guān)鍵因素的重要參數(shù)，有望成為推動AZIBs成為大規(guī)模儲能的可靠系統(tǒng)。
Corrosion as the origin of limited lifetime of vanadium oxide-based aqueous zinc ion batteries. Nature Communications 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-29987-x
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