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?降低界面張力可水系鋅離子軟包電池(AZIBs)循環(huán)耐久性
來源:中南大學(xué) 瀏覽 711 次 發(fā)布時間:2025-08-11
寄生反應(yīng)和枝晶生長等界面問題長期以來一直是阻礙水系鋅離子電池(AZIBs)壽命的主要障礙。尋找更有效的策略來調(diào)控高度活躍的界面仍然是AZIBs的研究重點。在此,我們引入了一種新型的界面靶向添加劑N-乙酰乙酰嗎啉(NHM),通過降低界面張力和修飾電雙層來提升AZIBs的性能。這種重構(gòu)導(dǎo)致了一個缺水的內(nèi)赫姆霍茲平面,從而抑制了寄生反應(yīng),加速了界面動力學(xué),并促進(jìn)了鋅的均勻沉積。因此,鋅陽極展現(xiàn)出了令人印象深刻的循環(huán)耐久性,超過了3800小時的鍍覆/剝離過程,并且在60%的高放電深度(DOD)下能夠穩(wěn)定循環(huán)400小時。Zn/NH?V?O??全電池展現(xiàn)出了卓越的循環(huán)性能,在1500次循環(huán)后仍能保持80%的容量。此外,采用高載量正極(13.5 mg cm?2)的軟包電池在0.5 A g?1的條件下循環(huán)300次后仍能保持70%的容量。控制了N/P比(2.63:1)的軟包電池在130次循環(huán)后展現(xiàn)出80%的容量保持率,顯示出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
這項工作這些發(fā)現(xiàn)為界面設(shè)計提供了寶貴的見解,并為增強(qiáng)AZIBs的實用性提供了有前景的策略。
【實驗方法】
材料制備:
所有水系電解液均通過Ulupure水系統(tǒng)提供的去離子水制備。將Sinopharm生產(chǎn)的ZnSO?·7H?O溶解于去離子水中,配制成2 M ZnSO?電解液(ZSO),作為基礎(chǔ)電解液。隨后,將不同量的N-乙酰乙酰嗎啉(Macklin)粉末溶解于2 M ZnSO?電解液中,分別制得25 mM NHM電解液,接著進(jìn)行30分鐘超聲處理并持續(xù)攪拌。NH?V?O??(Maclin)的合成方法參考了先前的報道。將1.170克NH?VO?溶解在40毫升80℃的去離子水中,形成淡黃色溶液。之后,在磁力攪拌下向溶液中加入1.891克H?C?O?·2H?O固體粉末,直至溶液變?yōu)樯罹G色。將溶液轉(zhuǎn)移至50毫升高壓釜中,并置于140℃的烘箱中保持48小時。樣品自然冷卻至室溫后,收集產(chǎn)物并用去離子水反復(fù)洗滌。最后,將產(chǎn)物在60℃下干燥12小時,得到NH?V?O??。
【主要結(jié)論】
本研究探索了一種新型有機(jī)NHM添加劑,旨在增強(qiáng)陽極界面穩(wěn)定性并改善鍍覆/剝離行為。通過降低界面張力,NHM添加劑重塑了電雙層(EDL),有效限制了鋅陽極與H?O之間的接觸,從而抑制了寄生反應(yīng)。
(1)界面張力的降低還可以促進(jìn)陽極界面處均勻且致密的形核。因此,界面動力學(xué)得到加速,鋅陽極的鍍覆/剝離可逆性顯著提高。
(2)得益于這些優(yōu)勢,鋅陽極展現(xiàn)出了令人印象深刻的循環(huán)耐久性,超過了3800小時的鍍覆/剝離過程,并且在實際60%的放電深度(DOD)下能夠穩(wěn)定循環(huán)400小時。
(3)Zn/NVO全電池展現(xiàn)出了卓越的長期循環(huán)性能,在1500次循環(huán)后穩(wěn)定保持80%的容量。
(4)此外,采用控制了N/P比(2.63:1)的Zn/NVO軟包電池在140次循環(huán)后仍能保持其初始容量的80%,顯示出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
本研究獲得的見解為未來的界面設(shè)計研究奠定了基礎(chǔ),為下一代儲能設(shè)備提供了更具經(jīng)濟(jì)性和實用性的解決方案。





