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中科院大連化物所 新策略提升鋅基電池效率和壽命

   2019-12-26 中國科學報
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核心提示:近日,中科院大連化學物理研究所研究員李先鋒、張華民團隊,提出了一種利用磁控濺射技術在3D多孔碳氈電極上濺射金屬錫層的策略,

近日,中科院大連化學物理研究所研究員李先鋒、張華民團隊,提出了一種利用磁控濺射技術在3D多孔碳氈電極上濺射金屬錫層的策略,在水系鋅基電池中實現(xiàn)了對鋅沉積形貌的誘導,有效降低了鋅的電化學沉積過電位,緩解了鋅枝晶的生長,使鋅基電池的庫倫效率與循環(huán)壽命顯著提升。研究成果發(fā)表在《先進材料》上。

鋅負極具有本征電極電勢較低、動力學快、循環(huán)性好、儲量豐富等特點,但是鋅的不均勻沉積會導致枝晶生長并刺破隔膜,引起電解液互穿,使得電池庫倫效率下降,造成電池短路,導致電池性能的快速衰減;此外,鋅的異形生長導致鋅脫落,不僅使電池的庫倫效率降低,還會造成電解液循環(huán)流道堵塞影響流場分布的均勻性,從而縮短電池的循環(huán)壽命。

研究人員選用低成本的金屬錫作為電化學沉積鋅的形貌誘導材料,利用磁控濺射技術使錫在沒有黏結(jié)劑的條件下,牢固沉積在具有3D結(jié)構(gòu)的碳氈負極上,有效降低了鋅的沉積過電位,緩解了鋅枝晶的生長。與基材相比,鍍錫電極無論在鋅—鋅對稱液流電池還是鋅—溴單液流電池中,其循環(huán)穩(wěn)定性和庫倫效率都顯著提升。研究人員還利用超深度顯微鏡對鋅沉積過程進行了原位表征,結(jié)合理論計算對鋅沉積誘導的原因進行了驗證。

此項工作為鋅負極和其他金屬負極的研究提供了新思路。

相關論文信息:

https://doi.org/10.1002/adma.201906803



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