​浙大潘慧霖Nano Energy:5C循环1万次,高性能锌金属全电池!

本文提出了一种多孔铟(In)涂层与聚丙烯酰胺(PAM)聚合物层的协同策略

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本质上不均匀的锌沉积-溶解和析氢反应(HER)会导致锌负极的可逆性差,循环寿命有限,从而限制了可充水系锌电池的实际应用。
浙江大学潘慧霖等提出了一种多孔铟(In)涂层与聚丙烯酰胺(PAM)聚合物层的协同策略,以提供大的HER过电位,同时促进Zn2+在电极-电解质界面的快速和均匀传输。
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图1. ZnSb和ZnIn电极循环前后的形貌
PAM聚合物涂覆层很容易吸收锌基电解液,并产生一个原位形成的功能性凝胶电解液涂覆层,增强锌负极附近的均匀Zn2+分布,从而促进锌电极的出色稳定性。通过原位化学置换反应的多孔In涂层被发现是抑制H2生成的更有效的涂层,同时像一个稳定的金属筛子一样提供快速的Zn2+传输途径。因此,在严苛的条件下,即大的电流密度和高的锌利用率下,ZnIn-PAM电极的循环稳定性得到了明显的改善,反应动力学也很出色。
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图2. 半电池性能
结果,最佳的ZnIn-PAM电极在超高电流密度和面容量(10 mA cm-2, 10 mAh cm-2, Zn利用率:57%)下表现出杰出的循环稳定性,在5 mA cm-2和5 mAh cm-2(Zn利用率:28.5%)下,仅有约50 mV的过电位,长期使用寿命超过1700 h。
进一步结合电解二氧化锰正极,全电池在5C下提供了10000次循环的超长寿命,每循环的容量衰减率为0.006%。这项工作为探索协同战略提供了有用的视角,以解决锌金属基水系电池在实际使用中有限的循环稳定性。
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图3. 全电池性能
Synergetic Control of Hydrogen Evolution and Ion-transport Kinetics Enabling Zn Anodes with High-Areal-Capacity. Nano Energy 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107903

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