《先进材料》刊发我院科研团队在水系锌电池领域的研究进展

文摘   2024-09-25 19:55   江苏  

近日,南京邮电大学材料科学与工程学院、有机电子与信息显示国家重点实验室马延文教授、赵进教授团队在水系锌电池领域取得新进展。相关成果以“Grain Boundary Filling Empowers (002)-Textured Zn Metal Anodes with Superior Stability”为题发表在国际学术期刊Advanced Materials(《先进材料》)上。马延文教授、赵进教授和南京大学王学斌教授为共同通讯作者,博士生陈子博与王翌州为论文共同第一作者。


水系锌电池由于极高的安全性、低成本、环保、工艺简单等优点而得到了广泛的研究和关注,有望成为电网级大规模储能的领先技术。但锌负极仍然面临着枝晶生长、析氢和腐蚀的问题,限制了水系锌电池的实际应用。为解决上述问题,将锌负极设计成以(002)晶面为主导织构的晶面调控策略被认为是最有效的方法之一。尽管在锌的织构调节方面已经取得了很大进展,但金属晶界的不利影响却往往被忽视。因为在(002)织构锌中存在着大量晶粒,从金属腐蚀的角度来看,晶间区域的反应活性要高于在晶内区域。因此,这些高活性的晶间区域会产生不必要的优先锌沉积和副反应(腐蚀、析氢),严重阻碍(002)织构锌负极的稳定运行。


针对上述挑战,团队利用晶间润湿的原理,提出了一种修饰(002)织构锌晶间区域的新策略。即采用简单的热处理方法,使用金属铟作为晶界填料,将其填充于锌晶粒间,同时将初始锌的随机织构转化为单一的(002)织构。得到的这种晶间修饰的(002)织构锌负极(IM(002) Zn)确保了均匀的外延锌沉积,并显著抑制了晶间副反应的发生。这些特性使得IM(002) Zn在对称电池中表现出高的循环稳定性(1 mA cm–2/1 mAh cm–26200 h, 10 mA cm–2 /10 mAh cm–2880 h)。并在Zn||MnO2全电池中也同样表现出优异的性能(分别在0.5 A g–11 A g–1下循环500次后,均表现出90%以上的容量保持率)。该研究成功地解决了(002)织构锌负极晶间副反应的问题,为稳定锌金属负极的设计提供了新的思路。



晶间修饰策略构筑无副反应的单一(002)织构锌负极

撰稿 | 赵进

编辑 | 刘欣茹 刘颖

审核 | 高志华 凌海峰



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