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李先鋒JACS: 圖靈膜的區(qū)域誘導(dǎo)沉積效應(yīng)助力高面積容量的無枝晶鋅基電池

鋅基電池具有成本低、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，在儲(chǔ)能領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，鋅化學(xué)通常會(huì)遇到嚴(yán)重的枝晶問題，特別是在高面積容量和高電流密度下，這嚴(yán)重限制了其應(yīng)用。

在此，中科院大連化物所李先鋒研究員等人提出了一種稱為“圖靈圖案”的具有有序起伏條紋的新型膜，可以有效抑制鋅枝晶并提高離子電導(dǎo)率。

圖靈膜的波峰和波谷可以有效調(diào)節(jié)Zn(OH)₄^2-分布，提供更多的鋅沉積空間。膜形成過程中配位的銅離子可以與Zn(OH)₄^2-相互作用，進(jìn)一步平滑鋅沉積。

李先鋒JACS: 圖靈膜的區(qū)域誘導(dǎo)沉積效應(yīng)助力高面積容量的無枝晶鋅基電池

圖1. 通過配位誘導(dǎo)相變制備圖靈膜的過程、機(jī)制及表征

即使在 80 mA·cm^-2的高電流密度下, 圖靈膜使堿性鋅鐵液流電池 (AZIFB) 以 160 mA·h·cm^-2的超高面積容量穩(wěn)定工作約110次循環(huán)，顯示出90.10%的能量效率，這是迄今為止在具有如此高電流密度的鋅基電池中報(bào)告的最高值。本研究提供了基于膜設(shè)計(jì)的高面積容量鋅基電池的有效途徑，并促進(jìn)了它們的進(jìn)步。

（注：圖靈認(rèn)為，某些重復(fù)的自然斑圖可能是由兩種特定物質(zhì)（分子、細(xì)胞等）相互反應(yīng)或作用產(chǎn)生的。通過一個(gè)被圖靈稱為“反應(yīng)-擴(kuò)散”的過程，這兩種組分會(huì)自發(fā)地組織成斑紋、條紋、環(huán)紋、螺旋或是斑駁的斑點(diǎn)等結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)則是“圖靈結(jié)構(gòu)”。）

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圖2. AZIFB和ZSFB（鋅對稱液流電池）的電化學(xué)性能

Dendrite-Free Zinc-Based Battery with High Areal Capacity via the Region-Induced Deposition Effect of Turing Membrane, Journal of the American Chemical Society 2021 DOI: 10.1021/jacs.1c04317

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