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支春義團(tuán)隊(duì)EES.:空間位阻效應(yīng)提升ZnO負(fù)極的電化學(xué)還原動(dòng)力學(xué)!
來(lái)源: 時(shí)間:2024-01-05 14:09:25 瀏覽:2876次

第一作者:Shuo Yang、Ao Chen、Zijie Tang

通訊作者:支春義教授、Xiaoqi Wang

通訊單位:香港城市大學(xué)、中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院(RIPED)

DOI: 10.1039/D3EE02164E

【研究背景】

鋅(Zn)金屬負(fù)極的寄生副反應(yīng)和枝晶生長(zhǎng)是限制鋅離子電池(ZIBs)實(shí)際應(yīng)用的兩個(gè)主要問(wèn)題,其中快速電化學(xué)動(dòng)力學(xué)和緩慢傳質(zhì)之間的矛盾可能會(huì)在電極表面產(chǎn)生顯著的濃度梯度,導(dǎo)致金屬Zn的不均勻生長(zhǎng)和電池短路?;诖?,香港城市大學(xué)支春義教授等人通過(guò)將大分子(磷酸三丁酯)加入到電解質(zhì)中,引入了一種具有空間位阻效應(yīng)的修飾溶劑化結(jié)構(gòu)。

【文章要點(diǎn)】

1、作者提出了一種新的方法,以穩(wěn)定Zn負(fù)極在水溶液中,通過(guò)將大尺寸的TBP分子納入電解質(zhì)中。實(shí)驗(yàn)和理論研究表明,TBP分子成功地占據(jù)了Zn2+溶劑化殼,通過(guò)排除水分子形成了大的溶劑化結(jié)構(gòu),從而產(chǎn)生了空間位阻效應(yīng),調(diào)節(jié)了電化學(xué)還原動(dòng)力學(xué)。電化學(xué)分析和掃描電鏡觀察表明,具有改性電化學(xué)還原動(dòng)力學(xué)的TBP電解質(zhì)能有效抑制Zn枝晶的生長(zhǎng),同時(shí)使鍍Zn形態(tài)光滑、緊湊。

2、研究結(jié)果表明,即使在10 mA cm-2和10 mAh cm-2的惡劣循環(huán)條件下,也具有穩(wěn)定的Zn沉積/剝離,平均庫(kù)侖效率約為99.5%,累積容量為3000 mAh cm-2。當(dāng)與Mn2+膨脹水合五氧化二釩陰極偶聯(lián)時(shí),全電池表現(xiàn)出高面積容量(3.97 mAh cm-2),并在650次循環(huán)后保持91.4%的高容量保留率。本工作通過(guò)構(gòu)建大分子的空間位阻效應(yīng),可以顯著提高Zn負(fù)極的循環(huán)性能和穩(wěn)定性,從而為水溶液ZIBs的電解質(zhì)設(shè)計(jì)提供新的思路。

【圖文展示】

 

圖1.波譜表征

 

圖2.電化學(xué)性能表征

 

圖3.結(jié)構(gòu)表征

 

圖4.電池性能表征

 

圖5.CV曲線等電池性能表征

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