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周恒輝/葛廣路/江鵬EnSM: 電解液加點(diǎn)聚天冬氨酸，抑制Zn枝晶/副反應(yīng)!

金屬鋅一直被認(rèn)為是水系電池最有前途的金屬負(fù)極之一，但它在循環(huán)過程中仍然存在枝晶生長(zhǎng)和嚴(yán)重的副反應(yīng)。迄今為止，已經(jīng)開發(fā)了各種添加劑來實(shí)現(xiàn)鋅的均勻沉積，但未能從根本上克服金屬鋅沉積的內(nèi)在脆弱形態(tài)。

在此，北京大學(xué)周恒輝研究員及國家納米科學(xué)中心葛廣路研究員、江鵬研究員等人報(bào)道將聚天冬氨酸 (PASP) 用作環(huán)境友好的雙功能調(diào)節(jié)劑，以抑制Zn枝晶生長(zhǎng)及水系電解液中的嚴(yán)重副反應(yīng)。一方面，PASP的加入不僅可以通過調(diào)節(jié)其表面能來改變Zn沉積物的微觀形貌（從大的、易碎的和松散堆積的片狀枝晶調(diào)整為均勻分布的球形顆粒），而且可以促進(jìn)Zn²⁺在Zn負(fù)極表面周圍的均勻分布。

結(jié)果，超細(xì)金屬鋅顆粒在PASP的保護(hù)下均勻地沉積在負(fù)極表面。另一方面， PASP 在與H₂O的競(jìng)爭(zhēng)吸附中占優(yōu)勢(shì)，因此PASP 吸附在Zn表面可以有效地保護(hù)新沉積的Zn免受副反應(yīng)的干擾。

圖1. PASP添加劑對(duì)鋅電鍍/剝離過程的影響

驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明，含PASP的對(duì)稱Zn電池可以在0.5 mA cm^-2的電流密度下穩(wěn)定循環(huán)超過3200小時(shí)，在1 mA cm^-2下可以穩(wěn)定循環(huán)2600小時(shí)。即使在 20 mA cm^-2的超高電流密度下，該對(duì)稱電池仍可循環(huán)2000次以上。此外，鋅金屬負(fù)極還可以保持高可逆的鋅電鍍/剝離，在0.5、1 和 5 mA cm^-2下的庫倫效率（CE）均超過99%。

此外，PASP添加劑還可以顯著提高Zn || V₂O₅全電池的電化學(xué)性能（在10 A g^-1的電流密度下2500次循環(huán)中保持接100%的CE）。因此，使用PASP作為電解液添加劑是實(shí)現(xiàn)未來水系可充電鋅電池實(shí)際應(yīng)用的可行途徑。

圖2. 含PASP添加劑的對(duì)稱電池和Zn || V₂O₅全電池性能

Toward Stable Zinc Aqueous Rechargeable Batteries by Anode Morphology Modulation via Polyaspartic Acid Additive, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.12.028

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