牺牲阳极

《ACSEnergyLett》混合物化内部结构和介面协作控制助推高可逆过程的锌阴极

2022-09-24 12:47:50 147小编

锌基三片电池组因其高能量密度、高效率和高可靠性而在电力体量锂离子各方面具备非常大发展潜力。不过,Zn2+/Zn 在胶质碳阴极上极差的可逆过程性显着减少了锌正极的长年灵活性,进而妨碍了锌基三片电池组的更进一步控制技术不断进步。在此,他们明确提出腺嘌呤 (NAM)做为温和ZnCl2阴极液的一类中国经济有效率的防腐剂,可在锌铁三片电池组的碳毡阴极上同时实现度可逆过程的电镀/拆分化学反应。实验表征和理论计算证明,腺嘌呤不仅有效率地重塑了Zn2+混合物化内部结构通过取代初级 Zn2+-6H2O混合物化壳中的两个水分子,而且能够吸附在沉积的锌层上以控制 Zn2+向阴极介面的扩散并避免不希望的尖端效应,进而提供均匀的枝晶- 无锌沉积和显着增强的锌电镀/拆分可逆过程性。受益于NAM 防腐剂,锌铁三片电池组表现出高功率密度(185 mW cm-2)、长循环灵活性(400 次循环,120 小时)、增强抗自放电性(98.9% 容量保持在12 小时)和卓越的电池组效率(在 50 mA cm–2

时能效为 70%)

,这为开发用于先进三片电池组的坚固锌阴极提供了一条新途径。

牺牲阳极、铝阳极、锌阳极
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图文简介

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锌基电解质的电化学测试

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阴极的微观内部结构表征

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NAM、ZnCl 2和 ZnCl 2 -NAM 的 各种表证

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(a) 电镀碳毡在 0.05 M NAM 的 0.5 M ZnCl 2中的形态和相应的 Zn、O、Cl 和 N 的能量色散 X 射线分析元素图。(b) 高分辨率 XPS C 1s纯碳毡和 NAM 吸附碳毡的光谱。(c) Zn (002) 平面上的吸附能比较。(d) 碳纤维上可能的 NAM 吸附位点的图示。(e 和 f) NAM 和 NAM 吸附碳毡的高分辨率 XPS N 1s 和 O 1s 光谱。(g) 吸附在 Zn (002) 上的 NAM 的电荷密度差异。(h) 引入 NAM 前后的双电层 (EDL) 内部结构示意图。(i) ZnCl 2(左)和 ZnCl 2中t= 120 s 时Zn 2+通量分布的数值模拟-南(右)。

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(a) NAM 对锌沉积的影响示意图。(b) 基于 NAM 的 Zn-Fe RFB 的示意图。(c) 0.5 M ZnCl 2 + 0.05 M NAM流通池的放阴极化和功率密度曲线。(d) 具备 0.5 M ZnCl 2 + 0.05 M NAM 的 Zn-Fe RFB 在 20 mA cm –2下的恒电流电压曲线。

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循环测试。(b 和 c) 使用纯 ZnCl 2和 ZnCl 2 -NAM 对 Zn-Fe RFB 进行长时间待机测试。(d) 采用混合 ZnCl 2和 NAM 阴极液的 Zn-Fe RFB 在 10-50 mA cm -2下的倍率性能。(e 和 f) 明确提出的 Fe-Zn 流通池与其他报道的 Zn 基 RFB 的比较。

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论文信息

论文题目:Synergetic Modulation on Solvation Structure and Electrode Interface Enables a Highly Reversible Zinc Anode for Zinc–Iron Flow Batteries

通讯作者:Qinghua Liu, and Ao Tang

通讯单位:国家清洁低碳能源研究院,中国科学院金属研究所


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