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科学研究

 

徐锡金团队在Angewandte Chemie International Edition杂志发表水系锌电池相关研究成果

2023年11月19日 13:06 王晓 点击:[]

近日,徐锡金教授团队在水系储能领域取得重要研究进展,相关成果以题为《Engineering Fluorine-rich Double Protective Layer on Zn Anode for Highly Reversible Aqueous Zinc-ion Batteries》发表在顶级期刊Angewandte Chemie International Edition上。济南大学为第一完成单位,2021届研究生李媞媞和王成刚老师为论文共同第一作者,徐锡金教授为通讯作者。

水系锌离子电池因其具有高安全性、环境友好等特点,在储能系统中具有广阔的前景。然而,锌金属负极侧存在高热力学不稳定性和不可避免的副反应,严重阻碍了水系锌离子电池大规模的实际应用。这些副反应将导致锌离子电池低的库伦效率、差的循环寿命以及锌负极低的利用率等问题。因此,在锌金属负极表面构筑一个稳定的SEI层对提高锌离子电池的性能至关重要。本文报道了一种富氟的壬烷二醇(TDFND)作为电解液的添加剂,TDFND分子因具有较大的吸附能(−1.51 eV)而优先吸附在锌负极表面形成Zn(OR)2−(R = −CH2−(CF2)7−CH2−)交联复合网络,平衡空间电场并控制Zn2+离子通量,从而实现Zn(002)晶面的均匀和致密沉积。同时,TDFND具有较低的最低未占据分子轨道能级(LUMO,0.10 eV),可以优先分解构建富含ZnF2的固态电解质界面(SEI)层。这极大的提高了锌金属负极的循环稳定性。

通过高分辨TEM和不同刻蚀深度的XPS表征发现,在空白电解液中引入功能性TDFND不仅可以在Zn电极表面构建富含−CF2交联网络的外层,还可以诱导形成富ZnF2SEI内层。

得益于多功能电解液的设计和应用,在Zn || Zn电池中,锌负极以10 mA cm−2的电流可以循环430小时。在1 mA cm−2 1 mAh cm−2 的情况下可以循环1250 h。更有意义的是,Zn||I268mAh软包电池中表现出1000圈的循环稳定性。


      论文链接:

https://doi.org/10.1002/anie.202314883

课题组网站:                

http://www.fmmdlab.com/




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