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鋅金屬一直被認(rèn)為是水系電池最有前景的金屬負(fù)極之一，但它在循環(huán)過程中仍然存在不希望的枝晶生長(zhǎng)和嚴(yán)重的副反應(yīng)。迄今為止，已經(jīng)開發(fā)了各種添加劑來(lái)實(shí)現(xiàn)鋅的均勻沉積，但它們未能從根本上克服沉積金屬鋅的內(nèi)在脆弱形態(tài)。

北京大學(xué)周恒輝、國(guó)家納米科學(xué)中心葛廣路、江鵬等將聚天冬氨酸（PASP）引入水系電解液中，以抑制Zn枝晶生長(zhǎng)并抑制水系電解液中的嚴(yán)重副反應(yīng)。

一方面，PASP的加入不僅可以通過調(diào)節(jié)其表面能將沉積的鋅金屬的形態(tài)從片狀枝晶調(diào)整為均勻分布的球形顆粒，而且可以促進(jìn)Zn²⁺在Zn負(fù)極表面周圍的均勻分布。另一方面，PASP吸附在Zn基材表面可以有效地保護(hù)新沉積的Zn免受副反應(yīng)。因此，兩者都確保了可逆鋅沉積和剝離過程中的循環(huán)穩(wěn)定性和高庫(kù)侖效率(CE)。

周恒輝/葛廣路/江鵬EnSM：通過添加劑調(diào)節(jié)鋅沉積形態(tài)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的水系可充鋅電池

圖1. 不同電解液中鋅金屬沉積過程示意圖

研究顯示，添加PASP后，Zn||Zn對(duì)稱電池可以在0.5 mA cm^?2下穩(wěn)定循環(huán)超過3200小時(shí)，在1 mA cm^?2下穩(wěn)定循環(huán)2600小時(shí)。即使在20 mA cm^-2的超高電流密度下，對(duì)稱電池仍然可以循環(huán)2000多次。

此外，通過添加PASP，鋅金屬負(fù)極可以保持高可逆的鋅沉積/剝離，在0.5、1和5 mA cm^-2下的CE均超過99%。另外，Zn||V₂O₅全電池也可以在10 A g^-1時(shí)在2500次循環(huán)中保持接近100%的CE。采用PASP作為電解液添加劑是未來(lái)水系可充鋅電池實(shí)際應(yīng)用的可行方法。

圖2. 對(duì)稱電池及全電池性能

Toward Stable Zinc Aqueous Rechargeable Batteries by Anode Morphology Modulation via Polyaspartic Acid Additive. Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.12.028

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