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中南大学/哈工大AM:生物大分子界面实现稳定“Ah级”锌软包电池

作者:朱老师讲VASP发布时间:2024-09-15


水溶液锌离子(AZIB)电池因其电解质的不燃性、环保性和经济性,以及金属锌与水溶液电解质良好的相容性,成为高安全性、低成本储能系统的理想选择。

然而,水溶液电解质作为电池的重要组成部分,会直接或间接的与锌负极相互作用,引起析氢反应、电极钝化和锌枝晶生长等寄生反应,导致AZIB的库仑效率差、使用寿命短。


在此,中南大学周江、梁叔全,哈尔滨工业大学陈丽娜等人通过使用生物衍生的大分子作为电解质添加剂(0.037wt%)。

该大分子具有横向分布的羟基和硫酸根阴离子基团的长链构型,并具有重塑锌负极双电层的倾向。

结果显示,大分子改性的锌负极在5 mAh cm−2的实际面积容量下提供了超过1250次的可逆沉积/剥离,以及85%的高锌利用率。

最大容量为1.02 Ah的Zn//NH4V4O10软包电池可以在71.4 mA g−1(0.25 C)下稳定运行,50次循环后保留98.7%的容量。


图1. 界面表征

总之,该工作开发了一种经济实用的生物大分子添加剂调节锌负极的界面稳定性和锌离子沉积行为。其中,该生物大分子通过其负电官能团的自调节吸附重塑了双电层结构进而抑制了副反应。

此外,均匀分布的亲锌位点和缓解的浓差极化可以实现混合成核模式。通过有限的间隙空间实现的致密细晶粒有助于无枝晶的沉积形态和快速的表面氧化动力学,从而极大地提高了锌离子的沉积/剥离可逆性。

基于此,锌负极在 5 mAh cm-2 的容量下具有超过 1250 次循环,以及85% 的高利用率。N/P 和 E/C 比的 1.02 Ah Zn//NVO 软包电池在 50 个循环中也表现出良好的循环稳定性。因此,该工作可以激发未来对界面基础的探索,为实用的储能设备提供更经济、更可实施的方法。


图2. 电池性能

Interfacial Biomacromolecular Engineering Toward Stable Ah-Level Aqueous Zinc Batteries, Advanced Materials 2024


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