潘安强/常智Small：定向诱导偶极电场促进锌离子脱溶剂化实现高稳定无枝晶锌金属电池

水引起的副反应和不受控制的锌枝晶生长是长期存在的棘手问题，严重阻碍了水系锌金属电池的发展。然而，这些臭名昭著的问题与电解质溶剂化结构和锌离子传输行为密切相关。

在此，中南大学潘安强教授、常智教授等人通过在锌表面构建定向诱导偶极电场，锌离子的溶剂化结构和输运行为都发生了根本改变。在极化电场内实现垂直有序的锌离子迁移轨迹，逐渐集中的锌离子消除了与水相关的副反应和锌枝晶的生长。因此，极化电场下的锌金属表现出高的可逆性和无枝晶表面。

图1. 结构表征及理论模拟结果

具体而言，该工作发现锌金属表面的无机铁电材料可以促进麦克斯韦电场的形成，该电场可以同时调节锌离子的输运行为和溶剂化结构。得益于垂直有序的锌离子迁移轨迹和逐渐集中的锌离子，麦克斯韦电场下的锌金属可以避免与水相关的副反应和不可控的锌枝晶。结果显示，当在麦克斯韦电场下循环时，Zn||Zn对称电池的寿命比基于裸Zn的电池长17倍以上（1400小时，在1 mAh cm⁻²、1 mAh cm⁻²下）， Zn||Cu半电池的库伦效率也显着提高至99.9%的超高值。

此外，可实现2000次循环（约100％容量保持率）的超稳定的NH₄V₄O₁₀||Zn半电池。特别是在高负载MnO₂（约10mg cm⁻²）和有限N/P比的恶劣条件下，所制备的实用级MnO₂||Zn软包电池在150次循环后仍保持其初始容量的87.9%。因此，这一发现将极大地促进了各种实用金属电池的发展。

图2. 电池性能

Aligned Dipoles Induced Electric-Field Promoting Zinc-Ion De-Solvation toward Highly Stable Dendrite-Free Zinc-Metal Batteries, Small 2023 DOI: 10.1002/smll.202303457

原创文章，作者：科研小搬砖，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/09/30/da73021194/

潘安强/常智Small：定向诱导偶极电场促进锌离子脱溶剂化实现高稳定无枝晶锌金属电池

相关推荐