复旦JACS:串联化学与 Janus 介孔加速剂用于高效水系电池 2024年3月28日 上午11:49 • z, 顶刊 • 阅读 18 在金属锌负极上形成可靠的固体电解质相(SEI)对于稳定的锌基水系电池至关重要。然而,不相容的锌离子还原过程(即同时吸附(捕获)和去溶剂化(排斥)Zn2+(H2O)6)给 SEI 的设计带来了动力学和稳定性方面的挑战。 在此,复旦大学赵东元、晁栋梁等人展示了一种串联化学策略,可以在内亥姆霍兹层解除并加速 Zn2+ 团簇的吸附和去溶剂化过程。具体而言,电化学组装的介孔 SiO2 中间层具有串联的亲水 -OH 和疏水 -F 基团,可作为 Janus 介孔加速器,促进快速稳定的 Zn2+ 还原反应。 结合原位电化学测试、分子动力学模拟等分析发现,-OH 基团能捕捉到块状电解质中的 Zn2+ 团簇,然后 -F 基团能击退溶剂化鞘中配位的 H2O 分子,从而实现串联离子还原过程。结果显示,在 4 mA cm-2 和 10 mA cm-2 的高电流密度下,由此产生的对称电池分别可实现 8000 小时和 2000 小时的可逆循环。 图1. 作用机制 总之,该工作提出了一种串联化学策略,通过促进 Zn2+ 团簇在 Janus 介孔通道中的解耦进而加速其吸附和去溶剂化过程。通过合理地结合原位技术和 MD 模拟,作者证明了 Janus 介孔界面可以捕获 Zn2+ 离子,调节配位的 H2O 分子,将溶解度从大量电解质中的 Zn2+(H2O)5.97(SO42-)0.03 转化为 Zn2+(H2O)5.04。 因此,对称电池和 Zn//VO2 及 Zn//I2 全电池性能显示,Janus 介孔相能够实现锌沉积的快速动力学和相应的长期循环寿命。该种串联化学策略可为各种金属负极的界面设计开辟新的途径,为下一代高安全、可靠的电池技术铺平道路。 图2. 溶剂化结构和介孔加速器的 MD 模拟 Tandem Chemistry with Janus Mesopores Accelerator for Efficient Aqueous Batteries, Journal of the American Chemical Society 2024 DOI: 10.1021/jacs.3c14019 原创文章,作者:Jenny(小琦),如若转载,请注明来源华算科技,注明出处:https://www.v-suan.com/index.php/2024/03/28/a1bdf51a25/ 电池顶刊 赞 (0) 0 生成海报 微信扫码分享 相关推荐 利物浦大学Angew: 机器学习用于预测MOF中客体的可及性 2023年10月15日 中科院青岛能源所刘健&高军团队Science Advances:“同源焊接”结晶/无定形氮化碳复合膜盐湖提锂:又准又稳 2024年7月7日 余彦/芮先宏AFM: 交联网络+功能夹层工程提高钾金属电池单宁正极性能 2023年10月15日 南昌大学/亥姆霍兹乌尔姆研究所AEM:基于硅氧烷基保护层的高性能锂金属电池 2023年10月31日 孙宇杰/江德恩Nature子刊:铜银催化剂电催化水还原与甲醛氧化双重制氢 2023年10月12日 安大鹿可ACS Nano:氧化还原催化实现高能柔性固态锌-硫电池 2023年10月13日