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天津大學(xué)「國家杰青」/「長江學(xué)者」，楊全紅團(tuán)隊，最新AM！

第一作者：Di Tang，Xinyue Zhang

通訊作者：楊全紅，韓大量，翁哲

通訊單位：天津大學(xué)

楊全紅，男，博士，第十四屆全國政協(xié)委員，天津大學(xué)化工學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。國家杰出青年科學(xué)基金獲得者、教育部“長江學(xué)者”特聘教授、中組部“萬人計劃”領(lǐng)軍人才、國務(wù)院政府津貼獲得者、創(chuàng)新人才推進(jìn)計劃“中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才”?、獲英國碳素學(xué)會“The Brian Kelly Award”（2004）。從事碳功能納米材料和新型儲能器件研究，獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎（2017）、天津市自然科學(xué)獎一等獎（2013，第一完成人）和天津市科技進(jìn)步獎一等獎（2012，第二完成人）。

翁哲，天津大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。天津大學(xué)北洋青年學(xué)者。

韓大量，天津大學(xué)化工學(xué)院副研究員，碩士生導(dǎo)師。2015年本科畢業(yè)于天津大學(xué)，2020年于天津大學(xué)化工學(xué)院獲得工學(xué)博士學(xué)位，師從楊全紅教授，主要從事高安全多價金屬離子電池相關(guān)研究。

論文速覽

開發(fā)疏水界面被證明能有效解決水系鋅電池中鋅(Zn)電鍍期間的枝晶生長和副反應(yīng)。然而，這種溶液阻礙了Zn²⁺與H₂O的溶劑化，以及隨后在Zn剝離過程中的離子遷移，導(dǎo)致不充分的可逆性。

本論文提出了一種通過離子閥控制的疏水界面，以實(shí)現(xiàn)鋅（Zn）電池中Zn負(fù)極在沉積/剝離過程中對界面水分子需求的動態(tài)適應(yīng)。研究團(tuán)隊利用正辛基三甲基溴化銨（C₈TAB）作為離子閥，通過電場方向的變化，主動構(gòu)建和移除疏水界面，從而在Zn沉積/剝離過程中實(shí)現(xiàn)疏水界面的“開”和“關(guān)”狀態(tài)的切換。

這種設(shè)計顯著提高了Zn負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定性和庫侖效率，延長了電池的使用壽命。

圖文導(dǎo)讀

圖1：在Zn沉積/剝離過程中不同疏水界面的示意圖。

圖2：離子閥作為疏水界面開關(guān)的作用。

圖3：碳鏈作為離子閥強(qiáng)度調(diào)節(jié)器對Zn疏水性的影響。

圖4：碳鏈對Zn²⁺離子傳輸?shù)挠绊憽?/span>

圖5：C₈TAB/ZnSO₄電解液中Zn負(fù)極的電化學(xué)性能。

圖6：含和不含C₈TAB電解液的Zn//ZVO全電池的電化學(xué)性能。

總結(jié)展望

本研究成功實(shí)現(xiàn)了通過電場觸發(fā)的離子閥策略構(gòu)建的自適應(yīng)疏水界面，滿足了Zn沉積/剝離過程中對界面水分子需求的逆向需求，從而顯著增強(qiáng)了Zn的可逆性，并實(shí)現(xiàn)了高庫侖效率的Zn沉積/剝離。

C₈TAB的使用使得Zn負(fù)極在高電流密度和低電流密度下都展現(xiàn)出了超過2000 h的延長循環(huán)壽命，并且在20%放電深度下是無C₈TAB時的四倍。

此外，Zn//ZVO全電池在C₈TAB的幫助下也顯示出了卓越的循環(huán)穩(wěn)定性。本工作將為有效的界面設(shè)計提供新的指導(dǎo)方針，并為開發(fā)低成本和實(shí)用的AZBs鋪平道路。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Switching Hydrophobic Interface with Ionic Valves for Reversible Zinc Batteries

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202406071

原創(chuàng)文章，作者：計算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/07/01/1bf8a132e3/

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