中南大学李维杰团队: 实现锌负极均匀剥离, 助力水系锌电池产业化

学术   2024-12-31 11:15   英国  

研究背景

作为一种新兴技术,水系锌金属电池以其高安全性、低成本和环保特性而备受关注,被认为在大规模储能领域具有广泛的应用前景。
然而,锌金属在水系电解液中热力学不稳定,易与水发生腐蚀反应,导致惰性副产物生成和枝晶生长等界面问题。这些问题严重影响了锌金属负极的电化学性能,阻碍了其产业化发展。
使用电解液添加剂对电解液进行调控,从而抑制界面副反应并促进锌均匀沉积,是提高锌金属负极循环寿命的有效策略。然而,目前大多数研究都聚焦于锌的沉积过程,很少有研究关注锌的剥离过程。
在实际应用中,由于锌金属电池的常用正极在使用前处于无锌离子的满电状态,因此锌金属电池在首次放电时,经历的是一个锌剥离过程,锌的均匀剥离对锌金属负极的循环稳定性至关重要。

研究内容

鉴于此,中南大学李维杰教授团队提出了一种失电子调控策略,旨在使用具有吸电子基团的添加剂,提高锌突起处的失电子能力,进而促进锌突起的溶解,实现锌的均匀剥离。

作者使用四氢呋喃作为添加剂进行概念验证,具体而言,四氢呋喃优先吸附在锌突起处,降低了锌的功函数,使锌突起处的电子更容易失去,从而优先将其转化为锌离子,促进锌的均匀剥离。
与此同时,在锌的沉积过程中,四氢呋喃分子可以诱导锌以 002 晶向优先进行沉积,进而抑制锌枝晶生长。基于此,锌金属负极表面的枝晶生长得到了有效控制,从而显著提高了锌金属电池的循环使用寿命。
这项工作为实现锌金属负极的均匀剥离提供了一种新的策略。该成果以 “An electron-losing regulation strategy for stripping modulation towards a highly reversible Zn anode” (《失电子调控策略实现锌金属负极均匀剥离》)为题,发表在英国皇家化学会期刊 Chemical Science 上,并入选为期刊封面文章

论文信息

  • An electron-losing regulation strategy for stripping modulation towards a highly reversible Zn anode
    Xinyi Wang, Liyang Liu, Zewei Hu, Chao Han, Xun Xu, Shi Xue Dou, Weijie Li*李维杰,中南大学)
    Chem. Sci., 2024, 15, 17348-17361
    https://doi.org
    /10.1039/D4SC04611K

作者简介

李维杰 教授
中南大学
本文通讯作者,中南大学教授,博士生导师。2016 年博士毕业于澳大利亚伍伦贡大学,随后在伍伦贡大学做博士后和 DECRA 研究员。2022 年以特聘教授身份入职中南大学。主要研究方向为新能源材料用于钠离子电池、水系锌离子电池等应用;二次电池体系中固态电解质及电解质界面膜的研究;以及新型材料在能源领域的应用和机理探索研究。以第一作者或通讯作者在 Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Nano、Nano Lett.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Energy Mater.、Sci. Adv. 等国际著名学术期刊上发表 SCI 论文 30 余篇,以合作者身份在 Angew. Chem. Int. Ed.、Nature Comm.、Energy Environ. Sci. 等国际知名期刊发表论文 50 余篇,Google 引用 7200 次,H 因子 41,7篇论文为 ESI 近十年高被引论文。曾获澳大利亚探索项目青年学者 (DECRA fellow),澳大利亚优秀青年学者游学奖,日本学术振兴会 (JSPS) fellow。

期刊介绍

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rsc.li/chemical-science

Chem. Sci.

2-年影响因子*7.6
5-年影响因子*8.0
JCR 分区*Q1 化学-综合
CiteScore 分14.4
中位一审周期33 


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* 2023 Journal Citation Reports (Clarivate, 2024)

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