川大张云EnSM: 低成本的称量纸作为中间层实现无枝晶水系锌离子电池

基于金属锌的高理论重量/体积比容量、无毒、安全及资源丰富等优点，水系锌离子电池（AZIBs）近期引起了广泛关注。然而，其负极不可避免地会出现锌枝晶、副反应及由此产生的较差的电化学性能，导致其实际应用受到限制。

在此，四川大学张云教授等人提出了一种非常简单的策略，即在锌负极和隔膜之间插入一个实验室广泛使用的称量纸（WP）中间层并将其作为超稳定锌负极的离子再分配器以解决上述问题。由于纤维素的3D结构和源自纤维素/甘油的亲锌-O基团，这种WP隔层可捕获Zn²⁺并适应其流动性，同时可起到物理屏障的作用从而抑制腐蚀/HER。

此外，该功能性WP中间层可促进锌离子水合物（[Zn(H₂O)₆]²⁺）的去溶剂化过程并作为离子再分布器引导Zn²⁺均匀分布，从而确保锌的致密沉积。作者通过光学显微镜研究了WP中间层对Zn沉积和演化的影响，在没有WP中间层的情况下，电极会出现明显的突起并在循环中不断生长成发育的Zn枝晶。相比之下，具有WP中间层的电池在整个沉积过程中几乎没有变化，变成光滑平坦的沉积层。

图1. 重复循环过程中锌电极的形貌

进一步，作者基于上述实验结果和有限元法（FEM）模拟总结了WP中间层构建稳定电解质/电极界面的机理。电化学测试表明，WP覆盖的Zn电极表现出高度可逆的电镀/剥离行为，在1和9 mA cm^-2的电流密度下，其使用寿命分别超过2400和800小时。

此外，添加称量纸中间层的Zn||V₂O₅全电池在0.5 A g^-1的电流密度下循环1000次后仍可获得309 mAh g^-1的高比容量。相比之下，普通的Zn||V₂O₅全电池只能提供40 mAh g^-1的容量，且伴随着较差的CE。

有趣的是，即使在贫电解液（30 μL）和具有成本效益的隔膜（商业滤纸）的情况下，具有WP 的电池也能维持超过2000小时的稳定循环且具有≈ 110 mV的低电压滞后。总之，这种具有成本效益和高性能的中间层工程有助于推动AZIBs的实际应用。

图2. 具有WP中间层的AZIB的电化学性能

An ion redistributor enabled by cost-effective weighing paper interlayer for dendrite free aqueous zinc-ion battery, Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.06.001

原创文章，作者：v-suan，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/10/dc29587af2/

川大张云EnSM: 低成本的称量纸作为中间层实现无枝晶水系锌离子电池

相关推荐