近日，大連化物所催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室無機(jī)膜與催化新材料研究組（504組）楊維慎研究員和朱凱月研究員團(tuán)隊(duì)在水系鋅離子電池負(fù)極研究方面取得新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)使用痕量碳點(diǎn)在鋅負(fù)極/電解液界面處構(gòu)建動(dòng)態(tài)的疏水單層，以調(diào)控鋅負(fù)極的雙電層結(jié)構(gòu)，從而改變鋅沉積/溶解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，并抑制了水腐蝕，進(jìn)而提高了鋅負(fù)極的可逆性。
水系鋅離子電池具有安全性高、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)，在大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域具有重要潛力。然而，因水系鋅離子電池的負(fù)極固有的枝晶和水腐蝕問題，阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。從本質(zhì)上講，Zn2+沉積和副反應(yīng)均發(fā)生在Zn/電解液界面形成的微觀雙電層（EDL）結(jié)構(gòu)中：優(yōu)先吸附在內(nèi)霍姆赫茲層（IHL）的水分子和陰離子與鋅直接接觸，并引發(fā)副反應(yīng)；位于外霍姆赫茲層（OHL）的水合鋅離子需要克服較大的去溶劑化能壘進(jìn)入IHL，以發(fā)生電子轉(zhuǎn)移。
為解決上述問題，本工作創(chuàng)新性地在Zn/電解液界面動(dòng)態(tài)構(gòu)建了疏水碳點(diǎn)納米單層，以調(diào)節(jié)霍姆赫茲層結(jié)構(gòu)。單層吸附的疏水碳點(diǎn)排斥了IHL中的硫酸根和水分子，并為水合鋅離子的脫溶過程重構(gòu)了疏水性的霍姆赫茲層。研究發(fā)現(xiàn)，疏水碳點(diǎn)在電極界面處的強(qiáng)吸附，以及與鋅離子的弱配位，確保了界面疏水單層在鋅負(fù)極長期循環(huán)過程中的動(dòng)態(tài)完整性；相比之下，作為對(duì)照的親水碳點(diǎn)對(duì)雙電層結(jié)構(gòu)的影響微乎其微，并在鋅沉積過程中表現(xiàn)為不可逆的共沉積行為。得益于疏水碳點(diǎn)單層構(gòu)建的動(dòng)態(tài)界面，循環(huán)后的鋅負(fù)極具有平整致密表面和無副產(chǎn)物的表面，并在對(duì)稱電池和全電池中均表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，Zn||Zn對(duì)稱電池在10mA/cm2電流密度下穩(wěn)定循環(huán)2400小時(shí)，Zn||MnO2全電池在1A/g電流密度下循環(huán)1500圈后容量幾乎無衰減。本工作提出的通過動(dòng)態(tài)單層界面保護(hù)鋅負(fù)極的策略，為克服鋅枝晶和副反應(yīng)問題提供了新途徑。
聯(lián)系地址：陜西省西安市北關(guān)正街35號(hào)方興大廈8樓
