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陶新永團(tuán)隊(duì)Small：氨基功能化界面層實(shí)現(xiàn)超均勻非晶固體電解質(zhì)界面助力高性能鋅電池

水系鋅離子電池具有高安全性、低成本且綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，有望成為下一代產(chǎn)業(yè)化儲(chǔ)能技術(shù)之一。但水系鋅離子電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用仍面臨著鋅負(fù)極枝晶生長(zhǎng)、電解液析氫和堿式硫酸鋅副產(chǎn)物累積等挑戰(zhàn)。研究表明，降低鋅離子與陰離子和溶劑化自由水之間的鍵能可以有效的減弱電解液析氫的活性，是消除金屬鋅負(fù)極與電解液副反應(yīng)的有效策略。

在此，浙江工業(yè)大學(xué)陶新永教授團(tuán)隊(duì)成功制備了氨基接枝細(xì)菌纖維素(NBC)保護(hù)層作為鋅金屬負(fù)極的人工固體電解質(zhì)界面(SEI)膜，為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的鋅金屬負(fù)極提供了新途徑。首先，NBC上接枝的氨基可以提供豐富的配位點(diǎn)橋接鋅離子，均勻鋅離子遷移通量，顯著降低鋅的成核過(guò)電位，促使鋅離子沿著(002)晶面均勻沉積。其次，NBC促進(jìn)鋅負(fù)極表面形成均勻的非晶固體電解質(zhì)界面膜(SEI)，抑制了水系電解質(zhì)的腐蝕、析氫等副反應(yīng)的發(fā)生。

圖1.作用機(jī)制

總之，NBC保護(hù)層可以有效改善電極/電解液的界面，抑制析氫、腐蝕等副反應(yīng)的活性和鋅金屬枝晶的生長(zhǎng)。在2 mA cm^-2的電流密度下，改性后的鋅鈦半電池的平均CE接近99%，實(shí)現(xiàn)了鋅剝離/電鍍的高度可逆性。基于NBC@Zn負(fù)極組裝的全電池也表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。NBC保護(hù)層的創(chuàng)新設(shè)計(jì)為保護(hù)鋅金屬負(fù)極的穩(wěn)定性開辟了新方向。

圖2. 全電池性能

Amino-Functionalized Interfacial Layer Enables an Ultra-Uniform Amorphous Solid Electrolyte Interphase for High-Performance Aqueous Zinc-Based Batteries,?Small 2023 DOI:?10.1002/smll.202304094

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