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中科院大连化物所新研究成果可提高锌基电池库伦效率与循环寿命

2019-12-26 14:07  来源:中科院大连化物所  浏览:  

近日,我所新浦京技术研究部(DNL17)李先锋研究员、张华民研究员团队,提出了一种利用磁控溅射技术在3D多孔碳毡电极上溅射金属锡层的策略,在水系锌基电池中实现了对锌沉积形貌的诱导,有效降低了锌的电化学沉积过电位,缓解了锌枝晶的生长,使锌基电池的库伦效率与循环寿命显著提升。

锌负极具有本征电极电势较低、动力学快、循环性好、储量丰富等特点,在锌-溴、锌-碘、锌-铈、锌-铁液流电池,锌-镍电池、锌-空气电池以及锌离子电池等领域受到研究者广泛关注。但是锌的不均匀沉积导致枝晶生长,枝晶会刺破隔膜,引起电解液互穿,使得电池库伦效率下降,同时造成电池短路,导致电池性能的快速衰减;此外,锌的异形生长导致锌脱落,不仅使电池的库伦效率降低,还会造成电解液循环流道堵塞影响流场分布的均匀性,从而缩短电池的循环寿命。

为此,该研究团队选用低成本的金属锡作为电化学沉积锌的形貌诱导材料,利用磁控溅射技术使锡在没有粘结剂的条件下牢固沉积在具有3D结构的碳毡负极上,有效降低了锌的沉积过电位,缓解了锌枝晶的生长。与基材相比,镀锡电极无论在锌-锌对称液流电池还是锌-溴单液流电池中,其循环稳定性和库伦效率都得以显著提升。此外,该研究团队利用超深度显微镜对锌沉积过程进行了原位表征,结合理论计算,对锌沉积诱导的原因进行简要分析。这项工作为锌负极以及其他金属负极的研究提供了新思路。

相关研究成果于近日发表在《先进材料》(Advanced Materials)上。上述工作得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金、中科院STS项目等资助。

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