固體所在水係鋅離子電池電解液研究方麵取得新進展

近期 ，中科院合肥研究院固體所能源材料與器件製造研究部李兆乾等在水係鋅離子電池電解液研究方麵取得新進展 ，通過在水係鋅鹽電解液中引入1 ，4-二氧六環（DX）分子建立鋅晶體（002）麵擇優取向生長機製 ，有效抑製了鋅枝晶生長 ，極大提升了電池可逆性和循環穩定性能 。相關成果發表在國際期刊ACS Nano (ACS Nano, 2023, DOI: 10.1021/acsnano.2c11516)上 。       水係鋅離子電池具有理論比容量高 、氧化還原電位低 、安全可靠 、環境友好等優點 ，是一種很有前景的規模化儲能技術 。然而 ，鋅負極表麵的枝晶生長和副反應問題導致陽極/電解質界麵嚴重不穩定 ，限製了其規模化應用 。對於鋅（六方密堆積)體 ，(002)晶麵具有最低的表麵能和最慢的生長速度 ，呈現出表麵反應控製的沉積過程 ，從而緩解了嚴重的Zn2+通量和副反應 。因此 ，誘導鋅（002）麵生長可以有效地緩解枝晶生長和副反應的問題 。

研究人員構建了一種以調整陽極/電解質界麵狀態為重點的先進電解液調製工程 ，通過二氧六環的吸附調節 ，誘導Zn(002)織構生長並抑製有害的副反應 。在10 mA cm−2下 ，添加DX的鋅離子電池具有1000 h的循環穩定性 ，5 Ah cm−2的超高累積沉積容量 ，和良好的可逆性 ，平均庫侖效率高達99.7% 。Zn//NH4V4O10全電池實現了高放電比容量(5A g−1時為202 mAh g−1)和容量保持率(5000次循環後為90.6%) ，遠遠優於使用純ZnSO4電解質的鋅離子電池 。

該研究通過吸附分子選擇性地調節Zn2+在晶麵上的沉積速率 ，為分子水平上調製高性能鋅陽極提供了一種有前景的策略 ，並有望應用於其他穩定性和可逆性差的金屬陽極 。

上述研究工作得到了合肥研究院院長基金的支持 。

論文鏈接 ：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c11516

圖1. 不同電解液中的鋅沉積機理示意圖 ：(a) ZnSO4 ； (b) DX/ZnSO4 。

圖2. (a) 5 mA cm-2下 ，ZnSO4和DX/ZnSO4電解質中Zn的原位沉積 ；(b) 在5 mAh cm−2電鍍容量下(R = I(002)/I(101)) ，不同電流密度下沉積Zn的XRD譜圖 ；(c) 10 mA cm−2下沉積Zn的SEM圖像 ；(d) DX分子在Zn(002) ，(100) ，(101)表麵的吸附能 ；(e) 在DX吸附的Zn原子上Zn2+的吸收能 。氧原子用紅色表示 ，氫用粉色表示 ，碳用棕色表示 ，鋅用灰色表示 。