我國學者研發穩定鋅陽極?大幅提升電池循環壽命

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記者近日從安徽大學了解到，該校材料科學與工程學院吳明在教授團隊提出了在鋅片表面制備二氧化鈦無機納米層和硬脂酸有機分子層共同組成的多功能篩，以獲得穩定的鋅陽極，從而抑制鋅枝晶的生長，減弱析氫反應，緩解鋅陽極腐蝕。相關研究成果日前發表在材料領域期刊《先進應用材料》上。

鋅離子電池具有理論容量高、鋅金屬氧化還原電位低以及安全性高等優勢，在大規模電化學儲能系統領域中極具前景。然而在鋅沉積過程中，鋅離子沿陽極表面進行擴散時，會形成不規則的鋅枝晶，從而刺破隔膜而導致電池發生短路。到目前為止，已經有許多報道關于無機保護層和有機框架用于穩定鋅陽極。雖然金屬化合物的無機保護層可以降低析氫反應動力學，并作為防止枝晶生長的物理屏障，但它們的低離子電導率和與鋅陽極的弱界面接觸對鋅電鍍/剝離的長期循環產生了負面影響。與無機材料相比，有機框架膜較弱的分子間范德華力減少了鋅離子插入的靜電相互作用，并加速了鋅離子的擴散速率，防止了枝晶生長。鋅枝晶、腐蝕和鋅電極析氫這3個問題相互依賴，相互影響，因此，需要對鋅陽極問題進行綜合考慮。

安徽大學供圖

基于此，研究人員提出了在鋅片表面制備一種由二氧化鈦無機納米層和硬脂酸有機分子層共同組成的多功能篩，以調控鋅離子、水和羥基動力學特性獲得穩定的鋅陽極。實驗和理論模擬證實，該多功能篩能夠加速鋅離子的傳輸和沉積動力學改善鋅陽極表面電場分布，阻礙活性水與鋅陽極直接接觸以及束縛羥基在無機納米層和有機分子層之間;從而抑制鋅枝晶的生長，減弱析氫反應，緩解鋅陽極腐蝕。結果顯示，在鋅片表面引入多功能篩能夠有效地提高鋅陽極的循環壽命及庫倫效率。

業內專家認為，這項成果能夠進一步緩解腐蝕反應、析氫和枝晶生長等多個問題，大大提升電池的循環壽命。

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