Angew. Chem. :96%高使用率高面目面貌量水系锌金属负极

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水系锌离子电池具有低本钱,高宁静和高实际容量等特点,被以为是具有宽广使用远景的大范围储能技能之一。但是,由于水系电解液中生动水分子带来的一系列副反响,以及锌负极在循环历程中的枝晶生长,使得水系锌金属负极实践体现差强者意。尤其是现在广泛利用的过量锌金属负极,每每会掩饰笼罩锌负极自己存在的题目,并限定水系锌离子电池的实践能量密度。因而,高使用率锌负极的开辟至关紧张。现在,经过电极界面设计,曾经完成了高达90%使用率的锌负极,但面目面貌量依旧较低,每每低于10 mAh cm-2


克日,中国迷信技能大学陈维传授团队和李震宇传授团队互助,经过在电解液中引入环丁砜调治锌离子溶剂化布局,在大于20 mAh cm-2的超高面目面貌量下,完成了约莫96%使用率的水系锌金属负极。这种经过电解液设计对溶剂化布局举行调治的办法,为完成高使用率锌负极提供了一种无效战略。



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环丁砜分子参加电解液后可以代替锌离子溶剂化层中的局部活性水,构成含环丁砜的一种波动新鲜的溶剂化布局。电解液光谱表征,分子动力学模仿以登科一性原理盘算对该溶剂化布局举行了剖析确认。锌离子溶剂化层中活性水含量的增加也极大克制了水分子在电极电解液界面带来的副反响,提拔了金属锌负极的电化学功能。

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在电解液中引入环丁砜后,在锌-锌对称电池中,锌负极可以完成最大面目面貌量40 mAh cm-2,最高约为96%的锌使用率。并在铜-锌不合错误称电池中也完成高电流密度和高面目面貌量的波动循环,均匀库伦服从高达99.8%。

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终极,在水系五氧化二钒-锌电池和活性炭-锌电容中,当锌使用率为67%时,添加环丁砜的电解液体现出更长的循环寿命和更波动的充放电曲线。这一后果在全电池中证明白调治电解液溶剂化布局战略的乐成。该事情为高使用率的水系锌金属负极的底子研讨和实践使用提供了新的看法和办法。

文信息

High-Capacity Zinc Anode with 96 % Utilization Rate Enabled by Solvation Structure Design

Mingming Wang, Dr. Jiale Ma, Yahan Meng, Dr. Jifei Sun, Dr. Yuan Yuan, Dr. Mingyan Chuai, Na Chen, Dr. Yan Xu, Xinhua Zheng, Prof. Zhenyu Li, Prof. Wei Chen


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202214966




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