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?ACS Nano:陽離子溶劑重組和氟化中間相的協(xié)同作用實現(xiàn)鋅金屬負極的高可逆性

?ACS Nano:陽離子溶劑重組和氟化中間相的協(xié)同作用實現(xiàn)鋅金屬負極的高可逆性
鋅金屬電池因其安全性、成本效益和環(huán)境友好性,為大規(guī)模應用提供了巨大的機遇。然而,由于與水有關的鈍化/腐蝕,鋅的可逆性差和不均勻電沉積大大阻礙了其實際應用。
?ACS Nano:陽離子溶劑重組和氟化中間相的協(xié)同作用實現(xiàn)鋅金屬負極的高可逆性
在此,日本筑波大學Eunjoo Yoo 、Huijun Yang等人提出了一種包含γ-丁內酯(GBL)和Zn(BF4)2·xH2O的多功能電解質。研究表明,通過使 GBL 溶劑進入Zn2+溶劑化殼并通過陰離子分解在 Zn 負極表面構建氟化界面,可以最大程度地減少水對 Zn 負極的反應性。
此外,本文選擇核磁共振作為輔助測試方案,以提升和了解電解質成分在構建界面中的作用。材料的協(xié)同作用保證了高鋅可逆性(平均庫侖效率為99.74%)、高面積容量(55 mAh/cm2)和高鋅利用率(~91%)。因此,使用 VO2 正極的鋅電池能夠平穩(wěn)運行超過 5000 個周期,每個周期的容量衰減率約為 0.0083%。此外,0.23 Ah VO2/Zn 軟包電池能夠運行超過 400 個周期,容量保持率為77.3%。
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圖1. 作用機制
總之,該工作證明了調控陽離子和氟化界面相的協(xié)同作用以提高鋅電池的性能。該配方保證了鋅金屬的長期循環(huán)(平均CE為99.74%,循環(huán)壽命延長到600次)。同時,獲得了致密無枝晶的鋅沉積,具有高面積容量(55 mAh/cm2)和91%的鋅利用率。結合優(yōu)化的Zn2+溶劑化殼層和富ZnF2層的優(yōu)勢,VO2/Zn電池在循環(huán)穩(wěn)定性方面有顯著改善(容量衰減率為每循環(huán)約0.0083%,超過5000次循環(huán))。
同時,GF電解液使0.23 Ah的VO2/Zn軟包電池表現(xiàn)出400次循環(huán)的穩(wěn)定循環(huán)壽命,并獲得77.3%的高容量保持率。因此,該項工作提出了一個新型電解質設計方案,強調了調節(jié)電解質結構和建立氟化界面對未來鋅電池應用的好處。
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圖2. 電池性能
Synergistic Cation Solvation Reorganization and Fluorinated Interphase for High Reversibility and Utilization of Zinc Metal Anode, ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c08749

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