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        一體化電極策略實現高性能鋅離子電池

        來源:《國家科學評論》 作者:周江等 發布時間:2021-11-29 15:10:29 瀏覽次數: 【字體:

        高穩定鋅負極是實現高性能鋅離子電池的重要保障,現今已報道了許多可行性策略用于改善鋅金屬負極。結構設計、界面調控、電解質優化頗具代表,上述策略雖然能一定程度上改善鋅負極性能,但同時也會引起一些負面效應,如3D結構析氫、腐蝕速率的增大,界面調所引起內阻的增大等。凝膠電解質作為柔性鋅離子器件的不二選擇,并伴隨著特定成分有著不同的功能,如自修復、耐低溫等等;但因流動性差,與電極處于“點接觸”的狀態,難以適應循環中電極體積效應和調控功能。前期,該團隊在鋅離子電池負極綜述(Energy Environ. Mater. 2020, 3, 146-159)中提過,鋅負極的改性方向之一是如何實現多種策略的復合交融,揚長避短,得到理想的電極材料。

        最近,得益于這樣一個想法,中南大學周江教授、梁叔全教授等人在《國家科學評論》(National Science Review, NSR)發表題為“Integrated “all-in-one” strategy to stabilize zinc anodes for high-performance zinc-ion batteries”的研究型文章,提出了一種新型電解質與金屬鋅(Zn)負極的一體化三維電極系統(all-in-one, AIO),集成了結構設計、界面調控、電解質優化等常規鋅負極改性策略為一體。

        與常規液體電解質中的三維(3D)負極相比,新型AIO電極在保留3D負極優點的同時,可以極大地抑制氣體的析出和活性水分子引起的副反應的發生,拓展電解質的電化學穩定窗口,有效抑制氣體產出和副反應。集成的AIO策略實現了足夠的電極/電解質界面接觸面積,構筑了全新的緊密電極/凝膠電解質離子傳輸通道,促進電極高速的電子/離子轉移,確保氧化還原反應的快速和充分進行。同時,緩解電極體積效應和界面應力問題,從而獲得更優異的鋅沉積/剝離穩定性和電化學性能。實驗證明,該電極具有優異的靜置恢復能力(60h),并能實現1200次長穩定循環且無明顯極化發生?;贏IO系統、以NH4V4O10和α-MnO2分別為正極的全電池表現出良好的穩定性和倍率性能。

        該項研究所提出的一體化改性策略,將為目前鋅金屬負極中緩慢的離子遷移和界面副反應等問題提供新的解決辦法,促進鋅基電池的快速發展,并為其他金屬基負極研究提供可行思路。(來源:科學網)

        相關論文鏈接:https://doi.org/10.1093/nsr/nwab177

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