顆粒在線訊：研 究 背 景

對(duì)綠色能源和替代品的需求不斷增長，迫切需要開發(fā)可靠和安全的儲(chǔ)能系統(tǒng)。作為潛在的候選者之一，水系鋅離子電池（AZIBs）因其低成本、高理論容量（820 mAh g-1）和本征安全性，受到了廣泛的關(guān)注。盡管如此，近期的研究表明：Zn2+溶劑化鞘層中的水和本體電解質(zhì)中的反應(yīng)性的游離水會(huì)導(dǎo)致的嚴(yán)重副反應(yīng)和枝晶生長，從而削弱鋅離子電池的優(yōu)勢(shì)。

文 章 簡 介

基于此，來自新加坡科技設(shè)計(jì)大學(xué)的楊會(huì)穎教授，在國際知名期刊Advanced Energy Materials上發(fā)表題為“A Universal Additive Strategy to Reshape Electrolyte Solvation Structure toward Reversible Zn Storage”的研究文章。

該文章通過將含有羰基的極性有機(jī)溶劑作為添加劑與ZnSO4水溶液混合，開發(fā)了一種通用的低成本策略來調(diào)節(jié)水合鋅陽離子和水的配位環(huán)境。

本 文 要 點(diǎn)

含羰基的液體有機(jī)物，例如 N-甲基-2-吡咯烷酮 (NMP)、N,N-二甲基甲酰胺 (DMF) 和丙酮 (DMK)，是一系列強(qiáng)極性溶劑。這些水溶性添加劑可以作為質(zhì)子受體與偶極水分子結(jié)合，破壞水溶液中原有的水團(tuán)簇。此外，由于強(qiáng)電負(fù)性的羰基氧，它們易于與Zn2+陽離子結(jié)合。受此啟發(fā)，本文提出了一種通用策略，通過將含羰基的有機(jī)極性溶劑引入 ZnSO4 基電解質(zhì)中來實(shí)現(xiàn) Zn 的可逆循環(huán)。

通過包括實(shí)驗(yàn)和理論研究在內(nèi)的綜合分析，證明這些有機(jī)分子參與了溶劑化的 Zn2+ 鞘層并取代了配位的水分子，從而減少了在循環(huán)過程中參與陽極界面反應(yīng)的水分子。同時(shí)，H2O 和 NMP 之間的強(qiáng)相互作用減少了溶劑化鞘外的游離水?dāng)?shù)量，有助于減輕 ZnSO4 水溶液中的自發(fā)副反應(yīng)。

結(jié)果顯示，在制備的電解液中實(shí)現(xiàn)了具有 99.7% 高庫倫效率的可逆 Zn 沉積/剝離。此外，組裝的 Zn/VS2全電池表現(xiàn)出出色的循環(huán)穩(wěn)定性 (2000 次循環(huán)，在 1 A g-1 時(shí)容量保持率為 99.4%)。即使在高陰極質(zhì)量負(fù)載 (9.5 mg cm-2) 下也能抑制鋅的界面問題。

圖1. 含羰基有機(jī)添加劑的物理性質(zhì)和光譜研究.

圖2.含有NMP添加劑的ZnSO4 電解質(zhì)的理論研究.

圖3. NMP0 和 NMP5 電解質(zhì)中鋅沉積反應(yīng)的比較.

圖4. NMP 電解質(zhì)添加劑的機(jī)理分析.

圖5. 使用 NMP0 和 NMP5 電解質(zhì)的 Zn/VS2@SS 全電池的電化學(xué)性能.

文 章 鏈 接

A Universal Additive Strategy to Reshape Electrolyte Solvation Structure toward Reversible Zn Storage

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/aenm.202103231