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納米能源所蒲雄/胡衛國AFM:離子載體添加劑抑制鋅電池中的析氫并促進均勻沉積

納米能源所蒲雄/胡衛國AFM:離子載體添加劑抑制鋅電池中的析氫并促進均勻沉積
不受控制的鋅枝晶和不良的副反應(如鋅自腐蝕和析氫反應)仍然是進一步開發水系鋅電池(AZBs)的主要挑戰。
納米能源所蒲雄/胡衛國AFM:離子載體添加劑抑制鋅電池中的析氫并促進均勻沉積
圖1 溶劑化結構及沉積行為的示意圖
中國科學院北京納米能源與系統研究所蒲雄、胡衛國等將大環內酯類抗生素添加到水系電解液中,作為離子載體來調節Zn2+的溶劑化結構、調節鋅電沉積和抑制不良寄生反應。阿奇霉素(Azi)是一種代表性的大環內酯類抗生素,它能與鋅離子發生雙齒配位,并將溶劑化結構重塑為[ZnAzi(H2O)4]2+。得益于此,鋅負極一側的自腐蝕和析氫反應被顯著抑制,在線產氫監測定量證明了這一點。此外,Azi對致密和均勻鋅電沉積的促進作用也得到了證實。
納米能源所蒲雄/胡衛國AFM:離子載體添加劑抑制鋅電池中的析氫并促進均勻沉積
圖2 抑制自腐蝕、HER并促進均勻的Zn沉積
在電解液中加入0.1 m Azi后,Zn-Zn對稱電池在10 mA cm-2的電流密度和10 mAh cm-2的面積容量條件下,達到了10 Ah cm-2的高累積容量。此外,添加Azi添加劑的Zn-V2O5全電池還能穩定運行500次循環,容量保持率高達83.5%。更重要的是,相應的 Zn-V2O5軟包電池可穩定循環100次,且電池不會產氣。最后,另一種電解質添加劑(羅紅霉素;Rox)的性能證明了大環內酯類抗生素作為AZB中離子載體的普遍性。
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圖3 Zn-V2O5全電池的性能
Zn Ionophores to Suppress Hydrogen Evolution and Promote Uniform Zn Deposition in Aqueous Zn Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202307595

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