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南開(kāi)陳軍院士Angew: 用于堅(jiān)固鋅金屬負(fù)極的陰離子型無(wú)水Zn2+溶劑化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

可充電水系鋅電池由于其低成本和高安全性而具有大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能的潛力。然而，鋅金屬負(fù)極存在枝晶生長(zhǎng)和界面析氫反應(yīng)（HER），導(dǎo)致電極/電池性能下降。

在此，南開(kāi)大學(xué)陳軍院士等人設(shè)計(jì)了一種陰離子型無(wú)水Zn²⁺溶劑化結(jié)構(gòu)電解質(zhì) (ASE)，用于解決鋅負(fù)極問(wèn)題。作者指出，枝晶和HER都與水參與的Zn²⁺溶劑化結(jié)構(gòu)- Zn(H₂O)₆²⁺有關(guān)，因此可以通過(guò)將Zn(H₂O)₆²⁺轉(zhuǎn)化為陰離子型無(wú)水溶劑化結(jié)構(gòu)- ZnCl₄^2-來(lái)解決。

這可以在傳統(tǒng)的ZnSO₄水系電解液中添加具有大體積陽(yáng)離子的氯化物鹽（1-乙基-3-甲基咪唑氯化物）后實(shí)現(xiàn)。

圖1. 鋅鍍層圖案的原位AFM觀察

通過(guò)原位AFM發(fā)現(xiàn)，陽(yáng)離子-水相互作用的消除抑制了HER，而Zn尖端和陰離子溶劑化結(jié)構(gòu)之間的靜電排斥抑制了枝晶的形成。

因此，ASE顯示出均勻的鋅沉積，平均鍍鋅/剝離庫(kù)侖效率為~99.9%，以預(yù)鍍鋅聚苯胺（Z-PANI）為正極的無(wú)負(fù)極鋅電池300次循環(huán)后容量保持率為 78.8%。這項(xiàng)工作提供了一種新穎的電解質(zhì)設(shè)計(jì)策略，以防止 HER并實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命金屬負(fù)極。

圖2. 無(wú)負(fù)極電池和軟包電池的儲(chǔ)能機(jī)制和電化學(xué)性能

Designing anion-type water-free Zn²⁺ solvation structure for robust Zn metal anode, Angewandte Chemie International Edition 2021. DOI: 10.1002/anie.202109682

原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/25/599f9750f0/

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