摘要:基于此,2024年11月12日,南开大学陈军院士/陶占良教授在国际期刊Journal of the American Chemical Society发表题为《Electrolyte Design via Cation–Anion Association Re
研究概述
低温锌金属电池(ZMBs)在高电流密度下特别容易受到锌枝晶生长的挑战。
基于此,2024年11月12日,南开大学陈军院士/陶占良教授在国际期刊Journal of the American Chemical Society发表题为《Electrolyte Design via Cation–Anion Association Regulation for High-Rate and Dendrite-Free Zinc Metal Batteries at Low Temperature》的研究论文。
在这里,研究人员从分子间关系出发,报告了一种通过匹配不同介电常数溶剂来调节阳离子-阴离子缔合的策略,并揭示了阳离子-阴离子缔合强度与低温下锌沉积/剥离性能之间的关系。
综合表征和理论计算表明,具有高离子电导率(在-40°C时为12.09 mS cm–1)的离子缔合电解液和稳定的阴离子衍生固体电解质界面(SEI),共同导致了高度可逆且无枝晶的锌沉积/剥离行为,从而在低温下实现了高倍率和超稳定的循环性能。
结果表明,在-40°C时,Zn//Zn电池可以在5 mA cm–2和10 mAh cm–2下稳定循环超过400小时,Zn//Cu电池在1 mA cm-2和1 mAh cm-2下循环1800次,平均库仑效率(CE)达到99.91%。
得益于低温锌沉积/剥离性能的增强,Zn//PANI全电池在0.5A g–1下稳定运行12,000次,在5 A g–1下可稳定运行35,000次循环。
令人印象深刻的是,在-60°C时,Zn//Cu电池在2000次循环中仍然显示出99.68%的高平均CE值。
这项工作强调了阳离子-阴离子缔合调节对于高倍率和无枝晶锌金属负极的重要作用,加深了对低温电解液设计中分子间相互作用的理解。
图文解读
图1:不同介电常数溶剂对电解液性能的影响
图2:Zn沉积/剥离的电化学性能和沉积形态
图3:Zn//PANI全电池在不同条件下的性能
文献信息
Electrolyte Design via Cation–Anion Association Regulation for High-Rate and Dendrite-Free Zinc Metal Batteries at Low Temperature, Journal of the American Chemical Society, 2024.
来源:朱老师讲VASP