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高能電解Zn//MnO₂電池顯示出電網規(guī)模儲能的潛力，但酸性電解質引起的嚴重析氫腐蝕(HEC)會導致耐久性下降。

周江教授AM：通過低氫親和力和強鍵合實現(xiàn)長壽命電解Zn//MnO2電池的高質子抗性Zn-Pb負極

在此，中南大學周江教授團隊通過簡單的置換反應在Zn負極上構建了高度抗質子的含Pb(Pb和Pb(OH)₂)界面(Zn@Pb)，在H₂SO₄腐蝕后將進一步原位形成PbSO₄。含Pb界面阻止了H⁺與Zn的接觸，這大大削弱了Zn基底上的HEC。隨后，通過在硫酸鹽基電解液中引入Pb(CH₃COO)₂(Pb(OAc)₂)添加劑(表示為Zn@Pb-Ad)，Zn@Pb的電鍍/剝離可逆性得到增強。

Pb(OAc)₂添加劑與SO₄^2-沉淀為PbSO₄，釋放出的微量Pb²⁺，其可在Zn鍍層上沉積Pb層，在整個循環(huán)過程中提高了HCE抗性。同時，抗質子機理被揭示為Pb和PbSO₄對H⁺的低親和力，以及Pb-Zn和Pb-Pb之間的強鍵合，這提高了HER過電位和H⁺腐蝕能壘。

圖1. Zn@Pb負極制備、表征及其抗腐蝕性測試

總之，本文提出了一種穩(wěn)定Zn負極的全方位保護策略，并從理論和實驗上證明了Pb和PbSO₄對H⁺的低親和力以及Pb-Zn或Pb-Pb之間的強鍵合是提高Zn負極質子抗性的關鍵因素，從而降低了HER催化活性，增加了H⁺腐蝕的能壘。因此，一方面，原位構建的含鉛界面具有高質子電阻，阻止了H⁺與Zn襯底的接觸。另一方面，Pb(OAc)₂添加劑與SO₄^2-反應生成PbSO₄，釋放出痕量Pb²⁺，激活Pb電鍍/剝離，并在Zn鍍層上構建Pb層，從而抑制循環(huán)過程中的HEC，提高Zn電鍍/剝離的可逆性?；诤U界面和Pb(OAc)₂添加劑的多重保護，Zn@Pb-Ad//MnO₂電池在含0.2 M和0.1 M H₂SO₄的酸性電解質中分別表現(xiàn)出630和795 h的優(yōu)異耐用性和99%的能量密度保持率。

此外，放大的Zn@Pb-Ad//MnO₂電池(1000 mA h)具有850 h的優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性和超過1.9 V的高輸出電壓。本研究工作實現(xiàn)了酸性電解Zn//MnO₂電池在長循環(huán)壽命、無膜、高鋅利用率方面的突破，為高能、耐用的Zn電池在大規(guī)模儲能領域的應用提供了契機。

圖2. Zn對稱和非對稱電池的電化學性能

Achieving Highly Proton-Resistant Zn-Pb Anode through Low Hydrogen Affinity and Strong Bonding for Long-Life Electrolytic Zn//MnO2 Battery,Advanced Materials?2023 DOI:?10.1002/adma.202300577

原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/05/e89572fbb1/

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