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中大王成新EnSM：具有100000次循環(huán)壽命的高壓K/Zn雙離子電池

使用低成本鋅金屬負(fù)極的可充鋅基電池（RZBs）對(duì)于大規(guī)模儲(chǔ)能是可行的，但目前的發(fā)展受到性能不佳的限制。

中山大學(xué)王成新等人構(gòu)建了一個(gè)基于六氰基鐵酸鋅(ZnHCF)正極、鋅金屬負(fù)極和非水K⁺/Zn²⁺混合離子電解液的特殊雙離子電池(DIBs)。

圖1 ZnHCF的晶體結(jié)構(gòu)和形貌

與通常的DIBs類似，正極和負(fù)極分別涉及K⁺嵌入/脫出和Zn²⁺/Zn沉積/剝離反應(yīng)。在放電過程中，K⁺可以在高于1.7 V的高工作電壓下占據(jù)所有腔體，從而避免Zn²⁺插入。在這種情況下，K⁺在充電/放電過程中作為ZnHCF中的唯一電荷載流子。

更重要的是，ZnHCF在重復(fù)K⁺嵌入/脫出過程中表現(xiàn)出零應(yīng)變特性，最大限度地減少了結(jié)構(gòu)破壞。有趣的是，K⁺還起到了負(fù)極側(cè)靜電屏蔽的作用。K⁺可覆蓋Zn表面并在具有高電荷密度的突起尖端上積累，形成靜電屏蔽，迫使隨后的 Zn²⁺沉積到低洼區(qū)域直至均勻生長(zhǎng)，從而大大提高了Zn負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定性。

圖2 選擇性嵌入過程的圖示

基于這些優(yōu)勢(shì)，DIBs在50 mA g^-1下提供了77 mAh g^-1的容量和2110次循環(huán)后88%的容量保持率，達(dá)到了ZnHCF的理論容量。

值得注意的是，該電池表現(xiàn)出驚人的循環(huán)穩(wěn)定性（在2000 mA g^-1的高電流密度下循環(huán)100000次后容量保持率為74%）和有吸引力的倍率性能（5000 mA g^-1時(shí)為47 mAh g^-1），兩者都是可與許多水系電池和超級(jí)電容器相媲美。

圖3 ZnHCF/Zn電池的電化學(xué)性能

High-Voltage K/Zn Dual-Ion Battery with 100000-Cycles Life Using Zero-Strain ZnHCF Cathode. Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.08.017

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