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?港城大支春義/深大劉卓鑫/南科大李洪飛AEM：通過可擴(kuò)展的自組裝硫醇層抑制枝晶形成和電極腐蝕實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的水系鋅電池

鋅金屬負(fù)極在水系鋅電池中的實(shí)際應(yīng)用受到水性電解質(zhì)中枝晶生長、負(fù)極腐蝕和析氫反應(yīng)的阻礙。

在此，香港城市大學(xué)支春義，深圳大學(xué)劉卓鑫，南方科技大學(xué)李洪飛等人報(bào)告了一種簡單、節(jié)能且可擴(kuò)展的方法可有效緩解水系鋅電池存在的問題。具體而言，作者使用1-己硫醇(HT)，在鋅負(fù)極表面原位形成具有高度有序結(jié)構(gòu)的疏水性自組裝硫醇層(SAML)。這種超薄界面結(jié)構(gòu)引導(dǎo)均勻的鋅沉積，并保護(hù)鋅負(fù)極免受水和氧引起的腐蝕，從而有效抑制枝晶形成和副反應(yīng)。

因此，HT-Zn電極表現(xiàn)出極高的電化學(xué)穩(wěn)定性和可逆性，并且組裝好的HT-Zn||I₂全電池提供了更高的比容量(1 A g^-1時(shí)從112 mAh g^-1到155 mAh g^-1)和超穩(wěn)定的循環(huán)性能(在4 A g^-1下延長1500次循環(huán)期間容量為零)。特別地，該工作制備了一種大尺寸的軟包電池，它可以穩(wěn)定運(yùn)行1000次循環(huán)，每個循環(huán)的容量衰減僅為0.0098%，庫侖效率超過99.1%。

圖1. HT分子的模擬

總之，該工作展示了一種創(chuàng)新且可擴(kuò)展的方法來解決水系鋅電池中枝晶形成、電極腐蝕和析氫的固有問題。通過在鋅負(fù)極表面原位形成疏水性HT-SAML，促進(jìn)鋅的均勻沉積并排斥腐蝕性水分子，顯著提高了鋅負(fù)極的穩(wěn)定性和可逆性。結(jié)果表明，HT-SAML對Zn提供了出色的保護(hù)，同時(shí)抑制了枝晶形成和電極腐蝕，在1 mA cm^-2,1 mAh cm^-2下，HT-Zn對稱電池的鍍鋅/剝離壽命延長了1800 h以上，在10 mA cm^-2,5 mAh cm^-2下延長了約110 h。

此外，HT-Zn||I₂全電池實(shí)現(xiàn)了比容量的顯著增加，在1 A g^-1時(shí)從112 mAh g^-1升至155 mAh g^-1，并且具有出色的循環(huán)性能，在4.0 A g^-1下延長1500次充電放電循環(huán)期間顯示出零容量衰減。此外，HT-Zn||I₂軟包電池被證明可以連續(xù)運(yùn)行超過1000個循環(huán)，其CE高達(dá)約99.1%，并且每個循環(huán)的容量衰減僅為0.0098%。因此，該工作強(qiáng)調(diào)了自組裝層在水系鋅電池中的潛力，激發(fā)了未來進(jìn)一步提高水水系電池的效率和耐用性的研究。

圖2. 電池性能

Inhibiting Dendrite Formation and Electrode Corrosion via a Scalable Self-Assembled Mercaptan Layer for Stable Aqueous Zinc Batteries, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302970

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