鋅均勻沉積誘導策略提升鋅基電池性能—新聞—科學網

2020-12-06 科學網

 

近日，中科院大連化學物理研究所李先鋒研究員、張華民研究員團隊，提出了一種利用磁控濺射技術在3D多孔碳氈電極上濺射金屬錫層的策略，在水系鋅基電池中實現了對鋅沉積形貌的誘導，有效降低了鋅的電化學沉積過電位，緩解了鋅枝晶的生長，使鋅基電池的庫倫效率與循環壽命顯著提升。研究成果發表在《先進材料》上。

鋅負極具有本徵電極電勢較低、動力學快、循環性好、儲量豐富等特點，在鋅-溴、鋅-碘、鋅-鈰、鋅-鐵液流電池，鋅-鎳電池、鋅-空氣電池以及鋅離子電池等領域受到研究者廣泛關注。但是鋅的不均勻沉積導致枝晶生長，枝晶會刺破隔膜，引起電解液互穿，使得電池庫倫效率下降，同時造成電池短路，導致電池性能的快速衰減；此外，鋅的異形生長導致鋅脫落，不僅使電池的庫倫效率降低，還會造成電解液循環流道堵塞影響流場分布的均勻性，從而縮短電池的循環壽命。

研究人員選用低成本的金屬錫作為電化學沉積鋅的形貌誘導材料，利用磁控濺射技術使錫在沒有粘結劑的條件下牢固沉積在具有3D結構的碳氈負極上，有效降低了鋅的沉積過電位，緩解了鋅枝晶的生長。與基材相比，鍍錫電極無論在鋅-鋅對稱液流電池還是鋅-溴單液流電池中，其循環穩定性和庫倫效率都得以顯著提升。

此外，利用超深度顯微鏡對鋅沉積過程進行了原位表徵，結合理論計算，對鋅沉積誘導的原因進行了驗證。此項工作為鋅負極以及其他金屬負極的研究提供了新思路。

相關連結：https://doi.org/10.1002/adma.201906803

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