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大連化物所提出一種用于提升鋅基電池性能的鋅均勻沈積誘導策略

2019-12-25 大連化學物理研究所
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  近日,中國科學院大連化學物理研究所储能技术研究部(DNL17)研究员李先锋、张华民团队,提出了一种利用磁控溅射技术在3D多孔碳毡电极上溅射金属锡层的策略,在水系锌基电池中实现了对锌沉积形貌的诱导,有效降低了锌的电化学沉积过电位,缓解了锌枝晶的生长,使锌基电池的库伦效率与循环寿命显著提升。

  鋅負極具有本征電極電勢較低、動力學快、循環性好、儲量豐富等特點,在鋅-溴、鋅-碘、鋅-铈、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。但是鋅的不均勻沈積導致枝晶生長,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。

  爲此,該研究團隊選用低成本的金屬錫作爲電化學沈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沈積在具有3D結構的碳氈負極上,有效降低了鋅的沈積過電位,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,該研究團隊利用超深度顯微鏡對鋅沈積過程進行了原位表征,結合理論計算,對鋅沈積誘導的原因進行簡要分析。這項工作爲鋅負極以及其他金屬負極的研究提供了新思路。

  相關研究成果于近日發表在《先進材料》(Advanced Materials)上。上述工作得到國家自然科學基金、中國博士後科學基金、中科院STS項目等資助。

大連化物所提出一種用于提升鋅基電池性能的鋅均勻沈積誘導策略

打印 責任編輯:葉瑞優

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