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第一作者：Qingshun Nian

通訊作者：任曉迪

通訊單位：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)

論文速覽

不可控的鋅沉積和析氫極大地破壞了鋅陽(yáng)極的可逆性。之前的電解質(zhì)設(shè)計(jì)集中于抑制H₂O反應(yīng)性，然而，在電池日歷老化和循環(huán)過(guò)程中堿性副產(chǎn)物的積累仍然會(huì)惡化電池性能。

本論文針對(duì)可充水系鋅電池（RAZBs）中鋅陽(yáng)極的可逆性問(wèn)題，提出了一種新的策略。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)在傳統(tǒng)水系電解液中加入強(qiáng)Br?nsted酸—雙（三氟甲烷磺酰）亞胺（HTFSI）作為添加劑，成功地改善了鋅陽(yáng)極的界面化學(xué)，抑制了鋅的持續(xù)腐蝕反應(yīng)，并促進(jìn)了均勻的鋅沉積。

這種富含疏水性TFSI-陰離子的電解液在鋅|電解液界面創(chuàng)造了一個(gè)貧水微環(huán)境，從而抑制了鋅的腐蝕反應(yīng)，并誘導(dǎo)形成了富含ZnS的界面。這種高酸性電解液展示了高達(dá)99.7%的鋅沉積/剝離庫(kù)侖效率，并在1 mA cm^–2的電流密度下表現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性。

此外，Zn || ZnV₆O₉全電池在2000個(gè)循環(huán)后展示了76.8%的高容量保持率。

圖文導(dǎo)讀

圖1：鋅表面反應(yīng)機(jī)理圖。

圖2：通過(guò)分子結(jié)構(gòu)圖、靜電勢(shì)圖、pH監(jiān)測(cè)、SEM和EDS元素分布，HTFSI添加劑對(duì)鋅金屬自腐蝕反應(yīng)的影響，以及對(duì)電解液pH、電極表面產(chǎn)物和鋅沉積的影響。

圖3：不同電解液中鋅沉積/剝離的電化學(xué)穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果。

圖4：陽(yáng)極和陰極的表征。

圖5：Zn || ZVO全電池在不同電解液中的電化學(xué)性能。

圖6：1 m ZnSO₄ + 0.1 m HTFSI電解液中鋅-電解質(zhì)界面的界面研究。

總結(jié)展望

本研究成功地通過(guò)在電解液中加入強(qiáng)Br?nsted酸HTFSI，顯著提高了鋅金屬陽(yáng)極的可逆性和穩(wěn)定性。通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)疏水的界面環(huán)境和富含ZnS的保護(hù)層，有效地抑制了鋅的腐蝕反應(yīng)和不均勻沉積。

這項(xiàng)工作不僅為提高RAZBs性能提供了新的策略，也為其他金屬陽(yáng)極的穩(wěn)定性改進(jìn)提供了有價(jià)值的見(jiàn)解。未來(lái)的研究可以進(jìn)一步探索類似的策略，以實(shí)現(xiàn)更高效、更穩(wěn)定的能源存儲(chǔ)系統(tǒng)。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Highly reversible zinc metal anode enabled by strong Br?nsted acid and hydrophobic interfacial chemistry

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-48444-5

原創(chuàng)文章，作者：計(jì)算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2024/05/25/7a1905d15e/

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