麦立强/韩春华/刘熊AM：大规模制备的界面层实现多层和大面积锌离子软包电池

电解质-负极界面处的电场分布不均匀和相关的锌枝晶生长是限制水系锌离子电池（AZIBs）寿命的最关键障碍之一。

武汉理工大学麦立强、韩春华、郑州大学刘熊等开发了具有薄而均匀厚度、孔隙率和亲水性的新型Zn-A-O(A = Si, Ti)界面层，以实现均匀和光滑的锌沉积。

图1 ZSO层的制备和表征

在这项工作中，由ZnSiO₃(ZSO)纳米片阵列组成的薄界面层是通过简便的湿化学方法原位集成在Zn箔表面上。在反应过程中，Zn²⁺因热碱性溶液的腐蚀而溶出，达到一定浓度时与偏硅酸盐离子成核，生长成排列紧密的超薄纳米片阵列，即“刻蚀-成核-生长”过程。这种原位集成策略确保了界面层的均匀性及其与锌箔连接的紧密性。通过保护致密且完全覆盖的ZSO层，减轻了形成Zn₄SO₄(OH)₆·xH₂O的副反应。

此外，ZSO纳米片上均匀分布的微/中孔和层的亲水性促进了电荷/传质过程，从而降低了成核势垒和极化。另外，均匀的纳米片阵列结构Zn²⁺通量均衡，增加了更多的活性成核位点，降低了局部电流密度，最终消除了“尖端效应”。

图2 ZSO层的作用研究

因此，Zn@ZSO负极的综合性能处于先进水平。采用Zn@ZSO的对称电池在1和5 mA cm^-2下运行了1600和1520小时，分别是Zn//Zn对称电池的7.5倍和4.5倍。以Zn@ZSO为负极和大质量负载K_0.27MnO₂·0.54H₂O (KMO, 8 mg cm^-2)为正极的全电池可在1C下稳定循环400次。

此外，大规模制备的Zn@ZSO有助于多层和大面积软包电池的组装，0.5 Ah软包电池的成功为大容量Zn-MnO₂电池提供一个可参考的模型。总之，这项工作开发的低成本、可扩展的合成方法，以及界面层结构优势引导的光滑锌沉积，有望为锌负极界面层的综合设计提供新的视角。

图3 全电池和软包电池性能

Large-Scale Integration of Zinc Metasilicate Interface Layer Guiding Well-Regulated Zn Deposition. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202202188

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/2023/10/14/b5bd93c5d3/

麦立强/韩春华/刘熊AM：大规模制备的界面层实现多层和大面积锌离子软包电池

相关推荐