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研究进展
『JACS』南开大学陈军院士:可逆锌金属电池的卤化Zn2+溶剂化结构
发稿人: 来源:功能材料与能源化学创新团队 时间:2022-10-01

文章摘要
可充电水系Zn金属电池由于其高安全性和可负担的低成本,已成为大规模电化学储能的有希望的候选者。然而,Zn金属阳极存在枝晶生长和析氢反应(HER)的困扰,使其电化学性能恶化。在这里,南开大学陈军院士团队证明了这些挑战可以通过在Zn2+溶剂化结构中引入一个卤素离子来克服。通过设计由醋酸锌和卤化铵组成的电解质,供电子阴离子I-可以与Zn2+配合,将传统的Zn(H2O)62+转化为ZnI(H2O)5+, I-可以将电子转化为H2O,从而抑制HER。伴随NH4+形成的动态静电屏蔽层可以抑制枝晶的生长。结果表明,在镀锌/脱锌过程中,卤化电解质的初始库仑效率(CE)高达99.3%,而在均匀沉积锌的情况下,其平均库仑效率保持在~ 99.8%。此外,采用游离I-作为阴极,碳毡-聚苯胺作为导电和吸附层构建了Zn-I电池,其平均CE为98.6%,循环300次后容量无衰减。这项工作提供了对卤化Zn2+溶剂化结构的深入了解,并为实现高可逆的锌金属阳极和电池提供了一种通用的电解质设计策略。
图文速递




图1:I-参与溶剂化结构电解液的设计策略

(a)传统电解质中的HER和枝晶生长。(b)在I-参与溶剂化结构的电解质中,I-注入电子以稳定溶剂化结构。NH4+静电屏蔽层抑制枝晶生长。





图2:添加NH4IZnAc2电解质结构的演变