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水系鋅離子電池（ZIBs）成本低，具有良好的理論容量和固有安全性，因此作為大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)中的潛在儲(chǔ)能裝置越來越受到關(guān)注。然而，嚴(yán)重的枝晶生長和副反應(yīng)問題阻礙了ZIBs的實(shí)際應(yīng)用。

山東大學(xué)王書華、劉宏等構(gòu)建了具有有序介孔通道的分子篩，以定制鋅表面上的局部電解液溶劑化結(jié)構(gòu)。

圖1 對(duì)稱Zn電池的原位光學(xué)顯微鏡觀察

這里作者將分子篩物理涂覆在鋅負(fù)極上，為局部高濃度電解液提供了有序的通道。通過調(diào)節(jié)分子篩的孔徑可以實(shí)現(xiàn)不同的高濃度溶劑化結(jié)構(gòu)，其中最佳的孔幾何結(jié)構(gòu)是直徑為2.5 nm的介孔通道，該通道可誘導(dǎo)局部高濃電解液的形成，并提供較低的Zn²⁺脫溶劑化能。

研究顯示，MCM41-Zn負(fù)極表現(xiàn)出均勻的鋅沉積行為，同時(shí)抑制了副反應(yīng)。COMSOL模擬表明，電場和濃度場的重新分布極大地促進(jìn)了鋅在電極上的均勻沉積。

圖2 界面處鋅離子的溶劑化結(jié)構(gòu)表征

受益于上述優(yōu)勢，MCM41-Zn負(fù)極在不同電流密度下均表現(xiàn)出高循環(huán)穩(wěn)定性，其中在1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2 下循環(huán)2200 h，在5 mA cm^-2和1 mAh cm^-2下循環(huán)1800 小時(shí)。此外，CaV₈O₂₀·nH₂O//MCM41-Zn全電池具有274.2 mAh g^-1的高容量和長壽命（在4 A g^-1下1000次循環(huán)后沒有容量衰減）。

這項(xiàng)工作為局部高濃度電解液界面的設(shè)計(jì)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，這將激發(fā)更多多孔材料用于保護(hù)鋅負(fù)極，并為穩(wěn)定鋅金屬負(fù)極以用于高性能ZIBs和其他水系電池系統(tǒng)。

圖3 全電池性能

Tailoring Local Electrolyte Solvation Structure via a Mesoporous Molecular Sieve for Dendrite-Free Zinc Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202111635

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山大王書華/劉宏AFM：通過分子篩定制局部電解液溶劑化結(jié)構(gòu)

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山大王書華/劉宏AFM：通過分子篩定制局部電解液溶劑化結(jié)構(gòu)

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