中大王成新EnSM：具有100000次循环寿命的高压K/Zn双离子电池

使用低成本锌金属负极的可充锌基电池（RZBs）对于大规模储能是可行的，但目前的发展受到性能不佳的限制。

中山大学王成新等人构建了一个基于六氰基铁酸锌(ZnHCF)正极、锌金属负极和非水K⁺/Zn²⁺混合离子电解液的特殊双离子电池(DIBs)。

图1 ZnHCF的晶体结构和形貌

与通常的DIBs类似，正极和负极分别涉及K⁺嵌入/脱出和Zn²⁺/Zn沉积/剥离反应。在放电过程中，K⁺可以在高于1.7 V的高工作电压下占据所有腔体，从而避免Zn²⁺插入。在这种情况下，K⁺在充电/放电过程中作为ZnHCF中的唯一电荷载流子。

更重要的是，ZnHCF在重复K⁺嵌入/脱出过程中表现出零应变特性，最大限度地减少了结构破坏。有趣的是，K⁺还起到了负极侧静电屏蔽的作用。K⁺可覆盖Zn表面并在具有高电荷密度的突起尖端上积累，形成静电屏蔽，迫使随后的 Zn²⁺沉积到低洼区域直至均匀生长，从而大大提高了Zn负极的循环稳定性。

图2 选择性嵌入过程的图示

基于这些优势，DIBs在50 mA g^-1下提供了77 mAh g^-1的容量和2110次循环后88%的容量保持率，达到了ZnHCF的理论容量。

值得注意的是，该电池表现出惊人的循环稳定性（在2000 mA g^-1的高电流密度下循环100000次后容量保持率为74%）和有吸引力的倍率性能（5000 mA g^-1时为47 mAh g^-1），两者都是可与许多水系电池和超级电容器相媲美。

图3 ZnHCF/Zn电池的电化学性能

High-Voltage K/Zn Dual-Ion Battery with 100000-Cycles Life Using Zero-Strain ZnHCF Cathode. Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.08.017

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中大王成新EnSM：具有100000次循环寿命的高压K/Zn双离子电池

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