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南大周豪慎Angew.：CE近100%！海藻糖添加劑助力Zn-Cu電池

來源：時(shí)間：2023-08-28 10:47:19 瀏覽：2263次

第一作者：Haoyu Li

通訊作者：周豪慎教授、郭少華教授

通訊單位：南京大學(xué)

DOI: 10.1002/anie.202310143

研究背景

鋅（Zn）負(fù)極的中等可逆性是鋅離子電池中的長期挑戰(zhàn)，促進(jìn)了合適的電解質(zhì)添加劑的探索。對于穩(wěn)定的Zn負(fù)極，在多個(gè)界面反應(yīng)中構(gòu)建光滑沉積的絕對優(yōu)勢至關(guān)重要，包括抑制側(cè)寄生反應(yīng)和促進(jìn)Zn電鍍過程?；诖?，南京大學(xué)周豪慎教授和郭少華教授等人首次將海藻糖（THL）引入水電解質(zhì)中以穩(wěn)定Zn負(fù)極，研究了海藻糖在抑制析氫和加速Zn沉積中的關(guān)鍵作用。由于添加海藻糖的解鎖晶體面定向沉積，通過（002）平面暴露，電沉積從薄片的隨機(jī)積累變成了致密體。結(jié)果獲得了高度可逆的鋅陽極，在Zn-Cu電池中平均CE為99.8%，在9.0%的分離深度下超過1500 h穩(wěn)定循環(huán)。

文章要點(diǎn)

1、作者將海藻糖（THL）引入水電解質(zhì)中以穩(wěn)定Zn陽極，實(shí)現(xiàn)了具有良好可逆性的Zn沉積，在Z-Cu電池中平均CE為99.8%，并在1500 h內(nèi)穩(wěn)定循環(huán)（9.0% DOD）。利用貧電解質(zhì)提高了良好的速率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。THL添加劑的可用性也在使用ZVO正極的全電池中得到了證明，提供了2000次循環(huán)的提高速率性能和高穩(wěn)定性。

2、海藻糖（THL）破壞水氫鍵網(wǎng)絡(luò)，減少析氫反應(yīng)（HER），水和Zn²⁺在THL上的吸附位點(diǎn)的不匹配也是Zn²⁺溶劑化環(huán)境較弱的原因。此外，由THL分子表層引起的各種測量證明了加速Zn沉積/溶解動力學(xué)。

3、通過從微生物學(xué)中擴(kuò)展自衛(wèi)機(jī)制，作者探索了海藻糖在電解質(zhì)調(diào)節(jié)中的應(yīng)用。首次報(bào)道了海藻糖在電解質(zhì)改性中的跨學(xué)科應(yīng)用。根據(jù)熱力學(xué)和反應(yīng)動力學(xué)原理，研究了海藻糖在抑制析氫和加速Zn沉積中的關(guān)鍵作用。該工作為Zn負(fù)極穩(wěn)定添加劑的探索提供了新的見解。

圖文展示

圖1.THL從生物保護(hù)到Zn負(fù)極穩(wěn)定的應(yīng)用遷移示意圖

圖2. THL的溶劑化作用

圖3. THL對負(fù)極表面和鍍Zn的作用

圖4.（002）平面曝光的光滑沉積形態(tài)

圖5.添加THL改善Zn負(fù)極性能

圖6.比較Zn-ZVO全電池在1 M ZSO和5 mM THL中的性能

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