鋅金屬陽極的長期可逆沉積/剝離是水系鋅離子電池(ZIB)的關鍵。然而,陽極/電解質界面不受控制的電沉積和發生的副反應限制了這一研究。
圖1. 材料表征
浙江大學陸俊等在金屬配位化學的指導下,提出將含有大量親鋅基團的有機化合物-二苯胺磺酸鈉(DASS)作為一種電解液添加劑,以引導穩定的可逆鋅沉積。光譜表征和計算表明,鋅陽極電化學性能的提高應歸因于DASS分子與鋅表面的化學吸附,而不是DASS對鋅離子溶劑化結構的調節,因為DASS分子中含有許多具有孤對電子的氮(N)原子和硫(S)原子,可使Zn原子與DASS之間產生強烈的配位效應(Zn─N,Zn─S),并在Zn表面原位形成DASS吸附層。
這種DASS層能有效抑制Zn2+的二維擴散,促進Zn表面的三維擴散,從而抑制Zn的不均勻沉積和枝晶突起。此外,吸附的DASS層還能阻止H2O與陽極的親密接觸,并占據活性H2O分子的分解位點,從而抑制界面副反應(HER、腐蝕和副產物等)。
圖2.?半電池性能
結果,在含DASS的電解液中監測到對鋅金屬陽極的枝晶和副反應有明顯的抑制作用。因此,含有0.02 m DASS的對稱電池在1 mA cm-2(1 mAh cm-2)條件下可穩定循環2400小時,在20 mA cm-2(20 mAh cm-2)條件下可穩定循環250小時,并且在5 mA cm-2(5 mAh cm-2)條件下具有卓越的可逆性,CE為99.44。
此外,Zn//VO2全電池在1 A g-1的條件下循環500次后容量保持率提高至68.9%。這項研究為在水系可充鋅離子電池中實現高可逆鋅金屬陽極的界面雙配位效應提供了一個新的視角。
圖3.?全電池性能
Interfacial Double-Coordination Effect Guiding Uniform Electrodeposition for Reversible Zinc Metal Anode. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202302770
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