摘要:水系锌离子电池(AZIB)被广泛认为是未来可行的储能解决方案,特别是对于低成本的固定应用。然而,锌负极的界面不稳定性对锌离子系统的商业潜力构成了重大挑战,促进了一系列副反应,包括自发腐蚀、析氢和枝晶生长,这些副反应会破坏电池性能,降低库仑效率(CE),最终导致
水系锌离子电池(AZIB)被广泛认为是未来可行的储能解决方案,特别是对于低成本的固定应用。然而,锌负极的界面不稳定性对锌离子系统的商业潜力构成了重大挑战,促进了一系列副反应,包括自发腐蚀、析氢和枝晶生长,这些副反应会破坏电池性能,降低库仑效率(CE),最终导致电池早期故障。
在此,伦敦大学学院Thomas S. Miller,北京大学深圳研究生院潘锋等人为AZIB设计和设计了一种可操作的金属合金界面。研究显示,该界面层最初以Ag和In薄膜的形式沉积,但在原位发展成为AgxZny合金和金属铟的紧密混合物。
此外,该种双异质金属层协同调节锌离子通过合金界面的迁移,实现了致密的平面沉积锌,同时克服了锌负极退化的所有主要驱动因素。基于此,该种改性金属锌负极的对称和全电池具有稳定的电化学性能,可提供高容量的保留。
图1.理论驱动金属界面设计
总之,该工作设计了一种原位演化的锌负极金属合金中间层。研究显示,该种双异金属保护层在早期电化学循环过程中自发转变为包含 AgZn3 来控制 Zn 沉积形态,并包含 In 来促进合金界面内的 Zn 离子传输,从而大大提高了金属锌负极的可逆性并避免金属锌的界面沉积。
基于此,该界面实现了对称电池超过 8000 次循环,CE 高达 99.8%,全电池超过 10,000 次循环,容量保持率为 90.2%。因此,该工作为进一步提高高度可持续和安全的 AZIB 以及其他多价金属电池的商业可行性提供了一条有效途径。
图2. 电池性能
Operando Evolution of a Hybrid Metallic Alloy Interphase for Reversible Aqueous Zinc Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2024
潘锋,北京大学讲席教授,国家特聘专家,中国化学会会士,国家重点研发计划首席科学家,北京大学深圳研究生院副院长,深圳研究生院新材料学院创院院长。聚焦新能源与新材料产业关键问题,基于AI和自主发展的图论结构化学和材料基因组学,建立了新材料创制体系;建设了物质结构表征科学装置与方法及其解析系统;揭示了新能源材料的构效关系,在锂电池正极材料等方面取得突破性进展并实现产业转化。任《结构化学》执行主编、《Journal of Materials Informatics》副主编、《化学进展》副主编,国际电化学能源科学学会(IAOEES)委员会委员、国际电动车锂电池协会(IALB)副主席。国家级电动汽车动力电池与材料国际联合研究中心主任、广东省新能源材料设计与计算重点实验室主任。在Nature、Nature Energy、Nature Nanotechnology等期刊发表论文,被引3万余次。
来源:MS杨站长