全部
▼
975
0 近日，大连化物所催化基础国家重点实验室无机膜与催化新材料研究组（504组）的杨维慎研究员和朱凯月研究员团队在水系锌离子电池负极研究领域取得了重要进展。该团队创新性地在锌负极与电解液界面处构建了动态的疏水碳点单层，通过调节双电层结构，有效改变了锌沉积/溶解反应的动力学过程，并抑制了水腐蚀，显著提高了锌负极的可逆性。
水系锌离子电池因其高安全性、低成本和环境友好性，在大规模电化学储能领域展现出巨大潜力。然而，负极的枝晶生长和水腐蚀问题一直制约着其实际应用。在锌/电解液界面形成的微观双电层（EDL）中，内霍姆赫兹层（IHL）的水分子和阴离子会与锌直接接触引发副反应，而外霍姆赫兹层（OHL）的水合锌离子则需克服较大的去溶剂化能垒才能进入IHL并发生电子转移。
为攻克这一难题，研究团队巧妙地在Zn/电解液界面构建了疏水碳点纳米单层。该单层吸附的疏水碳点能够排斥IHL中的硫酸根和水分子，为水合锌离子的脱溶过程重构出疏水性的霍姆赫兹层。实验结果显示，疏水碳点在电极界面处具有强吸附性，与锌离子的弱配位作用则确保了界面疏水单层在锌负极长期循环过程中的动态完整性。相比之下，亲水碳点对双电层结构的影响微乎其微，并且在锌沉积过程中表现为不可逆的共沉积行为。
得益于疏水碳点单层构建的动态界面，循环后的锌负极呈现出平整致密的表面，且无副产物生成，在对称电池和全电池中均展现出卓越的循环稳定性。Zn||Zn对称电池在10mA/cm²电流密度下可稳定循环2400小时，而Zn||MnO₂全电池在1A/g电流密度下循环1500圈后容量几乎无衰减。这项工作提出的通过动态单层界面保护锌负极的策略，为解决锌枝晶和副反应问题提供了全新的思路，有望推动水系锌离子电池在实际应用中的进一步发展。
我感兴趣
