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浙大陸俊等JACS.：可逆Zn金屬電池新突破！

來源：時(shí)間：2023-10-30 09:25:26 瀏覽：1987次

第一作者：Wangwang Xu、Jiantao Li

通訊作者：陸俊教授、Jiantao Li、Kangning Zhao

通訊單位：浙江大學(xué)、阿貢國家實(shí)驗(yàn)室、洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)

DOI: 10.1021/jacs.3c06523

研究背景

水系鋅離子電池（ZIBs）具有低成本、高離子電導(dǎo)率、高安全性和環(huán)境友好性等優(yōu)點(diǎn)，受到了廣泛的關(guān)注，顯示出巨大的大型儲(chǔ)能器件的應(yīng)用潛力。鋅金屬電池受到水腐蝕的強(qiáng)烈阻礙，因?yàn)槿軇┗匿\離子會(huì)將活性水分子不斷地帶到電極/電解質(zhì)界面。基于此，浙江大學(xué)陸俊教授等人報(bào)道了一種犧牲溶劑化殼，能從電極/電解質(zhì)界面排斥活性水分子，并協(xié)助形成一個(gè)富含氟的有機(jī)?無機(jī)梯度固體電解質(zhì)界面（SEI）層，實(shí)現(xiàn)高度可逆的鋅金屬電池。

文章要點(diǎn)

1、作者展示了犧牲溶劑化殼體的概念，以延緩促進(jìn)形成富含氟的有機(jī)?無機(jī)梯度SEI層，實(shí)現(xiàn)高度可逆的鋅金屬電池。其中，甲醇促進(jìn)了Zn(H₂O)₂(CH₃OH)₂²⁺溶劑化結(jié)構(gòu)的形成。在犧牲脫溶過程中，兩個(gè)甲醇分子與鋅離子強(qiáng)烈結(jié)合，形成Zn(CH₃OH)₂²⁺結(jié)構(gòu)，阻止了溶劑化水分子在界面上的形成。甲醇和Zn(CF₃SO₃)₂的同時(shí)犧牲作用形成了富-有機(jī)表面（和富無機(jī)CH₂OC^?）的梯度SEI層，結(jié)合了快速擴(kuò)散和高靈活性的優(yōu)點(diǎn)。

2、在Zn對(duì)稱電池中，可以在銅箔上進(jìn)行無枝晶Zn剝離/沉積，CE為300次，40 mA/cm²的超高累積鍍層容量為10 Ah/g。在低NP比為2的情況下，高面積容量VO₂//20 μm厚Zn板全電池的超高面積容量為4.7 mAh/cm²，顯示出250次周期的穩(wěn)定循環(huán)能力。本工作通過直接利用20 μm鋅板實(shí)現(xiàn)商業(yè)水平的面積容量，為商業(yè)化Zn金屬電池邁出了重要的一步，將簡(jiǎn)化制造過程，促進(jìn)商業(yè)化Zn電池的發(fā)展。

圖文展示

圖1. Zn(CF₃SO₃)₂等結(jié)構(gòu)的表征

圖2.電解質(zhì)的表征

圖3.材料的原位光學(xué)顯微圖像和掃描電鏡圖像

圖4.材料的TOF-SIMS表征和掃描電鏡圖像

圖5.Zn沉積/剝離過程的表征

圖6. VO₂/Zn電池的電化學(xué)性能表征

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