中南侯红帅Nano Energy：石墨烯量子点使无枝晶锌离子电池成为可能

水系锌离子电池（ZIBs）的实际应用在很大程度上受到锌负极可逆性差的困扰，主要与枝晶生长和界面寄生反应有关。

中南大学侯红帅等通过引入亲水性石墨烯量子点（GQDs）调控成核过程，成功设计了电化学稳定的锌负极。

图1 理论计算及抑制枝晶生长的效果示意图

值得注意的是，GQDs与Zn²⁺的增强结合效应是由GQDs的较低电负性引起的，这有利于加速均匀的Zn沉积，从而产生没有枝晶的坚固锌负极。同时，含氧基团的GQDs激发了界面氢键，这有利于减轻水诱导的副反应，并改善Zn²⁺反应动力学。

图2 Zn对称电池循环后的形貌表征

因此，当将 GQDs (0.4 g L^-1) 添加到电解液中时，锌负极在0.8 mA cm^-2下表现出长达2200小时的长期循环寿命和50 mV的较低极化电压，并且锌负极表面光滑。

此外，由Na_xV₂O₅⋅nH₂O (NVO)、锌金属和具有GQDs的电解液组装的ZIBs表现出优异的循环稳定性和倍率性能，在1 A g^-1的电流密度下循环600次后，可逆比容量仍可保164.3 mAh g^-1，远高于没有GQDs的对比样品(61.2 mAh g^-1)。

这项工作提出了一种简单有效的策略来抑制弱酸性电解液中水系ZIBs的锌枝晶形成和生长，这可能会促进水系ZIBs和石墨烯量子点的发展。

图3 Zn||NVO电池性能

Graphene Quantum Dots Enable Dendrite-free Zinc Ion Battery. Nano Energy 2021. DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106752

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/2023/10/12/bc2c38d816/