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《Adv Mater》:新策略顯著提升鋅基電池效率與壽命

   日期:2019-12-30     來源:連化學物理研究所    評論:0       [ 進入汽車材料社區 ] [ 汽車材料館 ]
核心提示:近日,大連化物所儲能技術研究部(DNL17)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。
   【中國汽車材料網】近日,大連化物所儲能技術研究部(DNL17)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。
  
  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-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。
  
  為此,該研究團隊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,該研究團隊利用超深度顯微鏡對鋅沉積過程進行了原位表征,結合理論計算,對鋅沉積誘導的原因進行簡要分析。這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、中國博士后科學基金、中科院STS項目等資助。
 
 
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