周江教授AM:通过低氢亲和力和强键合实现长寿命电解Zn//MnO2电池的高质子抗性Zn-Pb负极 2023年10月5日 下午6:08 • 头条, 干货, 顶刊 • 阅读 56 高能电解Zn//MnO2电池显示出电网规模储能的潜力,但酸性电解质引起的严重析氢腐蚀(HEC)会导致耐久性下降。 在此,中南大学周江教授团队通过简单的置换反应在Zn负极上构建了高度抗质子的含Pb(Pb和Pb(OH)2)界面(Zn@Pb),在H2SO4腐蚀后将进一步原位形成PbSO4。含Pb界面阻止了H+与Zn的接触,这大大削弱了Zn基底上的HEC。随后,通过在硫酸盐基电解液中引入Pb(CH3COO)2(Pb(OAc)2)添加剂(表示为Zn@Pb-Ad),Zn@Pb的电镀/剥离可逆性得到增强。 Pb(OAc)2添加剂与SO42-沉淀为PbSO4,释放出的微量Pb2+,其可在Zn镀层上沉积Pb层,在整个循环过程中提高了HCE抗性。同时,抗质子机理被揭示为Pb和PbSO4对H+的低亲和力,以及Pb-Zn和Pb-Pb之间的强键合,这提高了HER过电位和H+腐蚀能垒。 图1. Zn@Pb负极制备、表征及其抗腐蚀性测试 总之,本文提出了一种稳定Zn负极的全方位保护策略,并从理论和实验上证明了Pb和PbSO4对H+的低亲和力以及Pb-Zn或Pb-Pb之间的强键合是提高Zn负极质子抗性的关键因素,从而降低了HER催化活性,增加了H+腐蚀的能垒。因此,一方面,原位构建的含铅界面具有高质子电阻,阻止了H+与Zn衬底的接触。另一方面,Pb(OAc)2添加剂与SO42-反应生成PbSO4,释放出痕量Pb2+,激活Pb电镀/剥离,并在Zn镀层上构建Pb层,从而抑制循环过程中的HEC,提高Zn电镀/剥离的可逆性。基于含铅界面和Pb(OAc)2添加剂的多重保护,Zn@Pb-Ad//MnO2电池在含0.2 M和0.1 M H2SO4的酸性电解质中分别表现出630和795 h的优异耐用性和99%的能量密度保持率。 此外,放大的Zn@Pb-Ad//MnO2电池(1000 mA h)具有850 h的优异循环稳定性和超过1.9 V的高输出电压。本研究工作实现了酸性电解Zn//MnO2电池在长循环寿命、无膜、高锌利用率方面的突破,为高能、耐用的Zn电池在大规模储能领域的应用提供了契机。 图2. Zn对称和非对称电池的电化学性能 Achieving Highly Proton-Resistant Zn-Pb Anode through Low Hydrogen Affinity and Strong Bonding for Long-Life Electrolytic Zn//MnO2 Battery,Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202300577 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/2023/10/05/e89572fbb1/ 电池 赞 (0) 0 生成海报 微信扫码分享 相关推荐 牛津大学Nature子刊:钾离子电解液离子传输和热力学特性的全面研究 2023年10月4日 石墨烯,重磅Science! 2023年10月4日 8篇电池顶刊:温珍海、詹红兵、纪效波、侴术雷、马越、叶志镇、张桥保、陈泽祥等成果 2023年10月8日 npj Comput. Mater.: 人工神经网络多相分割电池电极纳米CT图像 2023年10月15日 北化工刘文AM:双壳纳米笼内的串联催化实现高性能锂硫电池 2023年12月18日 Small:新策略!催化剂转化为基底来高效分解水 2023年10月14日