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北航李彬/李松梅AEM:高壓水系鋅電池,循環1000圈無容量衰減!

北航李彬/李松梅AEM:高壓水系鋅電池,循環1000圈無容量衰減!
傳統水系電解質中類似海洋的自由水限制了工作電壓,并誘發了可充鋅金屬電池(AZMBs)的寄生反應。
北京航空航天大學李彬、李松梅等提出了一種水合鹽電解質(HSE),它可以抑制自由水的存在并引發不飽和水合結構(Zn(H2O)n2+,n<6),以規避鋅負極和正極上發生的寄生反應并提高分解電壓(至≈2.55 V vs Zn2+/Zn)。
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圖1. HSE的制備及理化性質
由于SO42-對降解的高穩定性和可控的水分子數量,這里水合硫酸鹽被選為電解質的來源?;诰脑O計的成分,水合鹽基電解質表現出沒有自由水、可實現的相變溫度(Tt)以及具有接觸離子對(CIP)和超接觸離子對(SCIP)溶劑化結構的不飽和水合陽離子結構的特點。
這些特點不僅有利于深度抑制寄生反應,包括正極的溶解和負極的鋅枝晶生長,而且有利于通過延遲析氧反應(≈2.55 V vs Zn2+/Zn)和滯后析氫反應(-1 V vs H+/H2)擴大穩定的電化學窗口。
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圖2. HSE中的溶劑化結構配置
因此,當與NaV3O8-H2O(NVO)配對時,與2m ZnSO4電解質相比,采用水合鹽電解質(HSE)的全電池表現出明顯改善的庫倫效率(CE)和穩定性,這歸因于釩的溶解受到抑制。
此外,以六氰化鋅(ZnHCF)為正極的高壓AZMB充電到2.1V時,在1000次循環內幾乎沒有容量衰減(在60 mA g-1時為50 mAh g-1),并產生了超過1.75V的平均工作電壓,同時在106.2 W kg-1的功率密度下,能量密度高達≈88.5 Wh kg-1。HSE優異的電化學性能表明,它在防止AZMBs寄生反應方面具有廣闊的前景,這是AZMBs進一步商業化的關鍵一步。
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圖3. HSE的高壓特性
Triggering Zn2+ Unsaturated Hydration Structure via Hydrated Salt Electrolyte for High Voltage and Cycling Stable Rechargeable Aqueous Zn Battery. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202201599

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