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研究概述

低溫鋅金屬電池（ZMBs）在高電流密度下特別容易受到鋅枝晶生長(zhǎng)的挑戰(zhàn)。

基于此，2024年11月12日，南開大學(xué)陳軍院士/陶占良教授在國(guó)際期刊Journal of the American Chemical Society發(fā)表題為《Electrolyte Design via Cation–Anion Association Regulation for High-Rate and Dendrite-Free Zinc Metal Batteries at Low Temperature》的研究論文。

在這里，研究人員從分子間關(guān)系出發(fā)，報(bào)告了一種通過匹配不同介電常數(shù)溶劑來調(diào)節(jié)陽(yáng)離子-陰離子締合的策略，并揭示了陽(yáng)離子-陰離子締合強(qiáng)度與低溫下鋅沉積/剝離性能之間的關(guān)系。

綜合表征和理論計(jì)算表明，具有高離子電導(dǎo)率（在-40°C時(shí)為12.09 mS cm^–1）的離子締合電解液和穩(wěn)定的陰離子衍生固體電解質(zhì)界面（SEI），共同導(dǎo)致了高度可逆且無枝晶的鋅沉積/剝離行為，從而在低溫下實(shí)現(xiàn)了高倍率和超穩(wěn)定的循環(huán)性能。

結(jié)果表明，在-40°C時(shí)，Zn//Zn電池可以在5 mA cm^–2和10 mAh cm^–2下穩(wěn)定循環(huán)超過400小時(shí)，Zn//Cu電池在1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2下循環(huán)1800次，平均庫(kù)侖效率（CE）達(dá)到99.91%。

得益于低溫鋅沉積/剝離性能的增強(qiáng)，Zn//PANI全電池在0.5A g^–1下穩(wěn)定運(yùn)行12,000次，在5 A g^–1下可穩(wěn)定運(yùn)行35,000次循環(huán)。

令人印象深刻的是，在-60°C時(shí)，Zn//Cu電池在2000次循環(huán)中仍然顯示出99.68%的高平均CE值。

這項(xiàng)工作強(qiáng)調(diào)了陽(yáng)離子-陰離子締合調(diào)節(jié)對(duì)于高倍率和無枝晶鋅金屬負(fù)極的重要作用，加深了對(duì)低溫電解液設(shè)計(jì)中分子間相互作用的理解。

圖文解讀

圖1：不同介電常數(shù)溶劑對(duì)電解液性能的影響

圖2：Zn沉積/剝離的電化學(xué)性能和沉積形態(tài)

圖3：Zn//PANI全電池在不同條件下的性能

文獻(xiàn)信息

Electrolyte Design via Cation–Anion Association Regulation for High-Rate and Dendrite-Free Zinc Metal Batteries at Low Temperature,?Journal of the American Chemical Society,?2024.

原創(chuàng)文章，作者：zhan1，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/11/13/b7d18bf721/

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