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實現具有高放電深度（DOD）的高倍率和高面容量的鋅負極為大規模水系電池提供了一個光明的前景。然而，Zn沉積存在嚴重的枝晶生長和副反應，這影響了可實現的壽命。

中山大學盧錫洪、余艷霞、廣東工業大學劉曉慶等通過采用丙酮作為電解液添加劑，提出了一種電雙層（EDL）重建策略，以充分解決這些問題。

圖1. 電解液表征

具體來說，由于丙酮對Zn金屬的吸附能量較低，吸附在界面上的一些H₂O分子可以被丙酮取代，形成一個貧水的內亥姆霍茲層（IHL），嚴重限制了析氫(HER)的反應性。

就外亥姆霍茲層（OHL）和擴散層而言，在丙酮和H₂O之間強烈的氫鍵作用下，Zn²⁺在2 m ZnSO₄中的穩定溶劑化結構[Zn(H2O)₆]²⁺，將部分轉化為具有較低脫溶劑化能壘的[Zn(H₂O)₅]²⁺-OSO₃²-。這種溶劑化構型的轉變對充放電過程中Zn²⁺的有效擴散有傳導作用。

實驗和理論計算表明，丙酮重構的EDL中離子/分子分布的重新排列，結合氫鍵削弱的自由水的活性，可以打破臭名昭著的HER-樹枝狀生長循環，從而確保鋅負極的高度可逆的沉積/剝離化學反應，即使在極端的測試條件下。

圖2. 半電池性能

作為一個概念證明，在2M ZnSO₄電解液中加入20 v/v%的丙酮，在50 mA cm^-2的超高電流密度和50 mAh cm^-2的面容量下，Zn//Zn對稱電池的壽命從≈12小時延長到≈800小時，DOD高達73.5%。據作者所知，這是鋅負極的最佳性能，遠遠超過了先進的鋅負極報告。

值得注意的是，采用ZnSO4-ace電解液的Zn/MnO₂全電池在-30至40℃的野外溫度范圍內也能提供卓越的循環穩定性。這種EDL調節策略將有助于對負極-電解質界面化學的新認識，并為未來電池的精確電解液設計提供靈感。

圖3. 寬溫全電池性能

Metallic Zinc Anode Working at 50 and 50 mAh cm^?2 with High Depth of Discharge via Electrical Double Layer Reconstruction. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202211917

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中大/廣工大AFM：可在50 mA/cm2和mAh/cm2下工作的鋅金屬負極

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