蘇大:原位生長垂直石墨烯製備Janus隔膜用於水系鋅金屬負極儲能

2021-01-18 材料分析與應用

本文要點：

通過在商用玻璃纖維隔膜一側直接生長垂直石墨烯（VG），在整個化學氣相沉積過程中開發了一種Janus隔膜。

成果簡介

鋅金屬陽極已經獲得了很多科學和技術興趣。然而，限制其大規模使用的主要瓶頸在於電化學穩定性差和循環壽命不足。本文，蘇州大學孫靖宇課題組等研究人員在《Advanced Materials》期刊發表名為「Directly Grown Vertical Graphene Carpets as Janus Separators toward Stabilized Zn Metal Anodes」的論文，研究通過直接化學氣相沉積技術及plasma處理合成了石墨烯修飾的Janus隔膜，通過對電池非活性組分的結構修飾實現了鋅金屬負極循環穩定性的提升，進而構建了具有優異電化學性能的柔性水系鋅離子電池，為未來高性能、低成本的鋅離子電池的應用帶來了廣闊前景。

圖文導讀

圖1：Janus隔膜用於穩定鋅金屬負極的作用機理

圖2: Zn|Zn對稱電池的電化學性能測試

圖3: 有限元模擬及DFT結合能計算

圖4: AC//Zn混合電容器和V2O5//Zn電池電化學性能測試

小結及展望

1）利用前期基礎，通過CVD方法對非活性組分隔膜進行可控直接石墨烯的修飾，可視作負極的三維延伸；

2）與傳統的塗敷鋅保護方法相比，原位生長垂直石墨烯幾乎不增加質量和體積，對器件的能量密度影響較小；

3）通過簡單的室溫空氣plasma處理實現了O、N摻雜，提高了電解液浸潤性和親鋅結合能；

4）對電流密度、電場分布、親鋅結合能進行了清晰的理論分析和實驗驗證。

文獻：

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