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中科院大連化物所提出提升鋅基電池性能的新策略

時間:2019-12-26 09:59來源:中科院大連化物作者:尹彥斌

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　　近日，中科院大連化物所儲能技術(shù)研究部（DNL17）李先鋒研究員、張華民研究員團(tuán)隊，提出了一種利用磁控濺射技術(shù)在3D多孔碳?xì)蛛姌O上濺射金屬錫層的策略，在水系鋅基電池中實現(xiàn)了對鋅沉積形貌的誘導(dǎo)，有效降低了鋅的電化學(xué)沉積過電位，緩解了鋅枝晶的生長，使鋅基電池的庫倫效率與循環(huán)壽命顯著提升。

　　鋅負(fù)極具有本征電極電勢較低、動力學(xué)快、循環(huán)性好、儲量豐富等特點，在鋅-溴、鋅-碘、鋅-鈰、鋅-鐵液流電池，鋅-鎳電池、鋅-空氣電池以及鋅離子電池等領(lǐng)域受到研究者廣泛關(guān)注。但是鋅的不均勻沉積導(dǎo)致枝晶生長，枝晶會刺破隔膜，引起電解液互穿，使得電池庫倫效率下降，同時造成電池短路，導(dǎo)致電池性能的快速衰減；此外，鋅的異形生長導(dǎo)致鋅脫落，不僅使電池的庫倫效率降低，還會造成電解液循環(huán)流道堵塞影響流場分布的均勻性，從而縮短電池的循環(huán)壽命。

　　為此，該研究團(tuán)隊選用低成本的金屬錫作為電化學(xué)沉積鋅的形貌誘導(dǎo)材料，利用磁控濺射技術(shù)使錫在沒有粘結(jié)劑的條件下牢固沉積在具有3D結(jié)構(gòu)的碳?xì)重?fù)極上，有效降低了鋅的沉積過電位，緩解了鋅枝晶的生長。與基材相比，鍍錫電極無論在鋅-鋅對稱液流電池還是鋅-溴單液流電池中，其循環(huán)穩(wěn)定性和庫倫效率都得以顯著提升。此外，該研究團(tuán)隊利用超深度顯微鏡對鋅沉積過程進(jìn)行了原位表征，結(jié)合理論計算，對鋅沉積誘導(dǎo)的原因進(jìn)行簡要分析。這項工作為鋅負(fù)極以及其他金屬負(fù)極的研究提供了新思路。

　　相關(guān)研究成果于近日發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。上述工作得到國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金、中科院STS項目等資助。

(責(zé)任編輯：子蕊)

文章標(biāo)簽：鋅基電池

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