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傅佳駿/陳濤ACS Nano：持續(xù)釋放策略優(yōu)化鋅電池電極/電解質(zhì)界面

水系鋅電池被認為是一種具有成本效益和環(huán)境可持續(xù)的儲能技術的可行候選方案，但由于臭名昭著的枝晶生長和鋅負極的寄生反應而受到嚴重阻礙。

圖1 NaErF₄@NaYF₄添加劑的獨特持續(xù)釋放效果和工作機制示意

南京理工大學傅佳駿、陳濤等受持續(xù)釋放策略的啟發(fā)，探索了一種膠體電解質(zhì)策略，即使用NaErF₄@NaYF₄納米晶體作為電解質(zhì)添加劑，以用于耐用的水系鋅電池。與一次性電解質(zhì)策略不同，NaErF₄@NaYF₄納米晶體可以在持續(xù)釋放的原則下工作，從而延長添加劑的有效時間。

研究顯示，釋放的功能金屬離子優(yōu)先吸附在突起周圍，產(chǎn)生靜電屏蔽層，抑制枝晶的生長。同時，釋放的氟離子可以參與形成富含ZnF₂的界面層以穩(wěn)定Zn/電解質(zhì)界面。此外，光譜分析和理論計算表明，NaErF₄@NaYF₄添加劑可以通過削弱Zn²⁺-H₂O的配位來調(diào)節(jié)Zn²⁺的溶劑化結構。

圖2 半電池性能

受益于協(xié)同溶劑化和界面調(diào)節(jié)，NaErF₄@NaYF₄修飾的電解質(zhì)使Zn||Zn對稱電池在3 mA cm^-2和 1 mAh cm^-2的條件下表現(xiàn)出超過2100小時的循環(huán)壽命，并使Zn||Ti電池在550次沉積/剝離循環(huán)中表現(xiàn)出99.54%的平均CE。當容量增加到5 mAh cm^-2時，對稱電池可以循環(huán)420小時以上，在整個循環(huán)過程中累積容量達到2100 mAh cm^-2。

此外，即使在N/P比為3的低水平下，改性電解質(zhì)也賦予了Zn||MnO₂全電池卓越的循環(huán)穩(wěn)定性，在0.5 A g^-1的情況下，經(jīng)過350次循環(huán)后的容量保持率達到了令人稱道的78.4%。作者相信這種納米晶體的持續(xù)釋放效果將為開發(fā)高性能和耐用的水系鋅電池提供指導。

圖3 全電池性能

Colloid Electrolyte with Weakly Solvated Structure and Optimized Electrode/Electrolyte Interface for Zinc Metal Batteries. ACS Nano 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c03638

原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2023/10/03/46162aab8b/

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