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?孫筱琪AFM：絡(luò)合劑使鋅金屬負(fù)極在堿性電解液中避免ZnO鈍化

基于鋅金屬負(fù)極的一次堿性水系電池已經(jīng)商業(yè)化，并顯示出對(duì)二次電池的巨大希望。然而，Zn在堿性電解液中會(huì)發(fā)生Zn、Zn(OH)₄^2-和ZnO之間的固-液-固反應(yīng)，這導(dǎo)致表面形成的絕緣ZnO容易鈍化下面的Zn。

東北大學(xué)孫筱琪等通過(guò)引入Br-作為絡(luò)合劑，揭示了Zn負(fù)極在堿性電解液中的固-液轉(zhuǎn)化過(guò)程。

圖1. 基于不同電解液的Zn||Zn對(duì)稱(chēng)電池測(cè)試

以往的研究仍集中在堿性體系中Zn- Zn(OH)₄^2--ZnO的固-液-固轉(zhuǎn)化過(guò)程，其存在鈍化的內(nèi)在局限性。另一方面，揭示Zn電極的替代反應(yīng)路徑將從根本上避免鈍化并提供更多控制沉積形態(tài)的可能性?；谏鲜隹紤]，作者通過(guò)將KBr作為絡(luò)合劑引入KOH堿性電解液中，揭示了Zn電極的固-液轉(zhuǎn)化過(guò)程。

研究顯示，在放電過(guò)程中，Zn被氧化成Zn-Br配合物，而不是Zn(OH)₄^2-，前者表現(xiàn)出更高的溶解度。因此，Zn發(fā)生了固-液反應(yīng)，有效地避免了ZnO的鈍化。結(jié)果，Zn在充電期間可逆地沉積以在電極上形成平坦表面。

圖2. 不同狀態(tài)下的Zn電極的表征

此外，由于固-液轉(zhuǎn)換過(guò)程的優(yōu)異動(dòng)力學(xué)和可逆性，對(duì)稱(chēng)電池在1 mA cm^-2時(shí)表現(xiàn)出≈8 mV的極化電壓，在10 mA cm^-2時(shí)僅增加到36 mV，并在1 mA cm^-2和0.5 mAh cm^-2下，循環(huán)壽命延長(zhǎng)至900小時(shí)，是KOH電解液中循環(huán)壽命的22倍。

另外，KOH/KBr電解液也適用于Zn||MnO₂電池，其在500次循環(huán)后可提供92.5%的容量保持率?？傊?，這項(xiàng)工作提出了一種有效的策略來(lái)揭示可充電池中Zn電極的替代反應(yīng)路徑。

圖3. Zn||MnO₂堿性電池性能

Inducing the Solid–Liquid Conversion of Zinc Metal Anode in Alkaline Electrolytes by a Complexing Agent. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202207397

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