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打破限制!鋅離子電池同時(shí)實(shí)現(xiàn)高容量和長(zhǎng)壽命

核心提示:近日,中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員楊維慎、朱凱月團(tuán)隊(duì)在鋅離子電池電解液研究方面取得新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)揭示了電解液中水含量

近日,中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員楊維慎、朱凱月團(tuán)隊(duì)在鋅離子電池電解液研究方面取得新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)揭示了電解液中水含量對(duì)正負(fù)極界面動(dòng)力學(xué)和可逆性的影響,發(fā)現(xiàn)通過(guò)適當(dāng)調(diào)控電解液中的水含量,就可以打破鋅離子電池中高容量和長(zhǎng)壽命難以兼得的限制,使二者同時(shí)實(shí)現(xiàn)。相關(guān)成果發(fā)表于《化學(xué)科學(xué)》。

水系鋅離子電池具有安全性好、成本低等優(yōu)點(diǎn),在儲(chǔ)能領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用潛力。然而,電解液中的水在鋅離子電池中就像一把雙刃劍,得益于采用水溶劑,鋅離子電池不僅安全,還具有高離子電導(dǎo)率,保證電池具有出色的快速充放電能力。此外,電解液中水的存在有助于提供質(zhì)子以插入正極材料,從而提高容量。但是,過(guò)量的水會(huì)導(dǎo)致負(fù)極的腐蝕、鋅枝晶形成以及正極材料的溶解問(wèn)題,從而影響了鋅離子電池的長(zhǎng)期循環(huán)性能。因此,為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)鋅離子電池的高容量和長(zhǎng)壽命,必須精確控制水含量。

在研究工作中,科研團(tuán)隊(duì)選擇乙腈作為有機(jī)溶劑代表,探究了電解液中不同水含量對(duì)正負(fù)極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和穩(wěn)定性的影響,并找出對(duì)全電池容量和壽命的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),電解液中即使只有少量水,也能實(shí)現(xiàn)鋅離子電池的最高容量,并表現(xiàn)出優(yōu)異的長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性。在6A/g電流下,經(jīng)過(guò)9000次循環(huán)后容量保留率高達(dá)80%。

此外,團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)深入研究了含水量對(duì)釩基正極和鋅負(fù)極界面微觀反應(yīng)機(jī)制的影響,不僅加深了對(duì)鋅離子電池機(jī)理的理解,也為通過(guò)電解液設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)鋅離子電池優(yōu)異性能提供了新思路。

相關(guān)論文信息:

https://doi.org/10.1039/D3SC05726G



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