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支春義團隊EES.：空間位阻效應提升ZnO負極的電化學還原動力學！

來源：時間：2024-01-05 14:09:25 瀏覽：1358次

第一作者：Shuo Yang、Ao Chen、Zijie Tang

通訊作者：支春義教授、Xiaoqi Wang

通訊單位：香港城市大學、中國石油勘探開發(fā)研究院（RIPED）

DOI: 10.1039/D3EE02164E

【研究背景】

鋅（Zn）金屬負極的寄生副反應和枝晶生長是限制鋅離子電池（ZIBs）實際應用的兩個主要問題，其中快速電化學動力學和緩慢傳質(zhì)之間的矛盾可能會在電極表面產(chǎn)生顯著的濃度梯度，導致金屬Zn的不均勻生長和電池短路。基于此，香港城市大學支春義教授等人通過將大分子（磷酸三丁酯）加入到電解質(zhì)中，引入了一種具有空間位阻效應的修飾溶劑化結(jié)構(gòu)。

【文章要點】

1、作者提出了一種新的方法，以穩(wěn)定Zn負極在水溶液中，通過將大尺寸的TBP分子納入電解質(zhì)中。實驗和理論研究表明，TBP分子成功地占據(jù)了Zn²⁺溶劑化殼，通過排除水分子形成了大的溶劑化結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生了空間位阻效應，調(diào)節(jié)了電化學還原動力學。電化學分析和掃描電鏡觀察表明，具有改性電化學還原動力學的TBP電解質(zhì)能有效抑制Zn枝晶的生長，同時使鍍Zn形態(tài)光滑、緊湊。

2、研究結(jié)果表明，即使在10 mA cm^-2和10 mAh cm^-2的惡劣循環(huán)條件下，也具有穩(wěn)定的Zn沉積/剝離，平均庫侖效率約為99.5%，累積容量為3000 mAh cm^-2。當與Mn²⁺膨脹水合五氧化二釩陰極偶聯(lián)時，全電池表現(xiàn)出高面積容量（3.97 mAh cm^-2），并在650次循環(huán)后保持91.4%的高容量保留率。本工作通過構(gòu)建大分子的空間位阻效應，可以顯著提高Zn負極的循環(huán)性能和穩(wěn)定性，從而為水溶液ZIBs的電解質(zhì)設(shè)計提供新的思路。