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清華楊誠AFM: 陽離子配位調(diào)節(jié)提高水系鋅離子電池的可逆性

水系鋅離子電池正成為一種極有應(yīng)用前景的大規(guī)模儲能技術(shù)，而鋅負(fù)極的短壽命和不良可逆性限制了它們的進(jìn)一步發(fā)展。在試圖提高可逆性時，大多數(shù)報道的方法涉及有毒和污染物質(zhì)并降低水含量，這不可避免地降低了安全性、倍率性能和環(huán)境友好特性。

在此，清華大學(xué)深圳研究生院楊誠等人設(shè)計了一種配位調(diào)節(jié)的電解質(zhì)工程策略，以在稀水性電解質(zhì)中實(shí)現(xiàn)可逆的鋅電鍍/剝離。

一系列低成本的“綠色”分子被引入水性（ZnCl₂、ZnSO₄）電解質(zhì)中，這些分子具有陽離子配位能力，可以顯著抑制Zn²⁺的水化過程并通過調(diào)節(jié)Zn²⁺在水性電解質(zhì)中的配位狀態(tài)來延遲關(guān)鍵副產(chǎn)物(Zn₅(OH)₈Cl₂·H₂O, 3Zn(OH)₃·ZnSO₄·5H₂O)的形成。

圖1. 在3-1 0.5 M三乙胺鹽酸鹽電解中對稱Zn||Zn電池的電化學(xué)性能

在優(yōu)化的電解質(zhì)體系中，高度可逆的鋅金屬負(fù)極表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，在1 mA cm^-2下具有超過1185小時的長壽命和平滑的沉積形態(tài)。

此外，基于電解質(zhì)的Zn-MnO₂電池在200次循環(huán)后可提供82.9%的高容量保持率。這些突破表明該方法為開發(fā)未來用于大規(guī)模儲能的先進(jìn)多價金屬電池提供了一個通用策略。

圖2. ZnSO₄基電解質(zhì)系統(tǒng)的研究

Cations Coordination-Regulated Reversibility Enhancement for Aqueous Zn-Ion Battery, Advanced Functional Materials. 2021. DOI: 10.1002/adfm.202105736

https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202105736

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