牺牲阳极

『干流锌电』天津大学张波&李润EnSM:多用途隔热实现ARMCortex和可深度电池的锌金属阴极

2022-09-24 09:58:54 147小编

牺牲阳极、铝阳极、锌阳极

科学研究大背景

合金锌是一类高效率、高可靠性的干流锂离子器负极金属材料。不过,虽然不受控的枝晶繁殖和副产物引致静电力工作效率低和使用寿命不平庸,轻微妨碍了其商业性应用领域。日前,天津大学张波&李润项目组构筑了由FeO二甲基酯金属结构 (ZIF-8) 润色的水解石墨烯 (GO) 和 PVDF 共同组成的多用途隔热 (ZGL),以控制 Zn2+在便携 Zn 负极上的堆积犯罪行为。ZGL 的存有能有效地将特异性锌与钙隔绝,进而最大限度地增加副产物。更更让人第一印象真切的是,在高分子表观、表面积自由对象方法论排序和原地成像电子显微镜中充分反映的 ZIF-8、GO 和 Zn 间的高电阻率突显 ZGL 对 Zn2+的显著捕捉潜能,保证无枝晶的 Zn 堆积。突显 ZGL 隔热的锌阴极在 10 mA cm-2下 整体表现出 85.5% 的振动广度 (250 h) 和 1450 次循环式的出众平均值静电力工作效率 (99.6%) 。当它与助剂和 MnO2负极装配时,依次具备 13500 和 1200 次循环式的显著循环式潜能,表明该设计在锌电池和电容器在实际应用领域中具备巨大的竞争优势。

其成果以题为Ultra-stable and Deeply Rechargeable Zinc Metal Anode Enabled by a Multifunctional Protective Layer在国际知名期刊 Energy Stor. Mater. 上发表。

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科学研究亮点

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⭐构筑了一个多用途隔热来控制 Zn2+在便携锌阴极上的堆积。

⭐正如实验和 DFT 排序所充分反映的,精心设计的 Zn 阴极显示出明显抑制的副产物和快速的去溶剂化过程。

⭐在对称电池中同时实现了创纪录的累积容量 (10 mA cm-2时为 12000 mAh cm-2)。

⭐基于锌负极的装配全电池在高分子性能方面具备竞争优势。

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图文导读

1.ZIF-8@GO 的表观.

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▲ ZIF-8@GO 的 SEM (a)、AFM (b) 图像和 XPS 光谱。ZGL@Zn的横截面SEM图像 (d) 和相应的EDS映射 (e)。(f) 裸锌和 ZGL@Zn 的 XRD 图谱。

图2. 锌堆积犯罪行为的探究.

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▲ (a) 裸 Zn 和 ZGL@Zn 对称电池在特定时间静止前后的 EIS 光谱。(b) 裸锌和 ZGL@Zn 电极的析氢极化曲线。(c) 裸 Zn 和 ZGL@Zn 阴极的 Arrhenius 图。吸附在 (d) Zn (001) 和 (e) ZIF-8 上的 Zn 原子的 3D 优化配置和排序电阻率。吸附在 ZIF-8 上的 Zn 原子的电荷表面积差 (f) 和相应的切片二维等高线图 (g) (黄色和青色气泡依次表示电子表面积的增加和增加)。原地成像电子显微镜观察裸锌箔 (h) 和 ZGL@Zn 电极 (i) 上的 Zn 堆积过程。

图3. ZGL@Zn 的高分子测试.

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▲ (a) 裸 Cu|Zn 和 ZGL@Cu|Zn 在 1 mA cm-2 和 0.5 mAhcm-2下的 CE。(b) 不同周期对应的电压曲线。(c) ZGL@Cu|Zn 与之前报道的 CE 比较。(d-g) 裸锌和 ZGL@Zn 对称电池在不同电流表面积和容量下的长期循环式性能。(h) 裸锌和 ZGL@Zn 对称电池的倍率性能。

图4. 锌堆积的表观.

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▲ 循环式 ZGL@Zn (a-c) 和裸 Zn 电极 (d-f) 的 SEM 图像。循环式的 ZGL@Zn (g) 和裸 Zn 电极 (h) 的 CLMS 图像。(i) 循环式裸 Zn 和 ZGL@Zn 电极的 XRD 图谱。

图5. 全器件测试.

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▲ (a) ZGL@Zn||AC 在不同扫描速率下的 CV 曲线。(b) 裸Zn||AC和ZGL@Zn||AC的长期循环式性能。(c)循环式前后裸 Zn||AC 和 ZGL@Zn||AC 的 Rct。从循环式裸露的 Zn||AC (d) 和 ZGL@Zn||AC (e) 中的 Zn 阴极的 SEM 图像。(f) 裸 Zn||MnO2和 ZGL@Zn||MnO2在 1 mVs-1时的 CV 曲线。(g) 裸 Zn||MnO2和 ZGL@Zn||MnO2的长期循环式性能。(h) 裸 Zn||MnO2和 ZGL@Zn||MnO2在循环式前后的 Rct。裸 Zn||MnO2(i) 和 ZGL@Zn||MnO2(j) 的自振动测试。

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科学研究结论

总之,本文报道了一类的多用途隔热,它由 ZIF-8 装饰的水解石墨烯和 PVDF 基质共同组成,用于便携锌合金阴极。虽然其出众的性能,如提高耐腐蚀性、抑制析氢反应、均质化 Zn2+通量和增强 Zn2+ 去溶剂化潜能,能精确调控 Zn2+在钙/电极界面上的堆积犯罪行为。因此,开发的 ZGL@Zn 负极在半电池配置中循环式 1450 次后整体表现出极高的平均值静电力工作效率,达到 99.6%。此外,ZGL@Zn 对称电池在超过 2400 小时 (10 mA cm-2) 和 250 小时 (85.5% DOD) 内保持稳定,远远优于裸锌电池。当获得的 ZGL@Zn 阴极装配成 Zn||AC 混合电容器和 Zn||MnO2电池时,电容器和全电池依次稳定运行超过 13500 和 1200 次循环式。这项工作为设计用于干流锌离子电池和电容器的高度稳定和耐用的锌合金阴极提供了一个有价值的潜在策略。

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文献信息

He Gan, Jing Wu, Run Li*, Bowen Huang, Hongbo Liu*.Ultra-stable and Deeply Rechargeable Zinc Metal Anode Enabled by a Multifunctional Protective Layer.Energy Stor. Mater.

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.02.040

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