北理吴川&白莹AEM：通过沸石涂层稳定锌金属负极，实现7500次循环锌电池！

水系锌电池（AZBs）由于其高安全性、低成本和环境友好性而成为有前景的储能设备。然而，由于锌负极的差可逆性，AZBs的能量密度提高和寿命延长受到了阻碍。

北京理工大学白莹、吴川等报告了一种消除副反应的独特策略，即通过微孔材料同时调节阳离子和阴离子的通量，而不是专注于抑制已经被广泛讨论的水活性。

图1. 沸石材料的结构表征

具体而言，这项工作通过在Zn金属表面涂上一层离子交换LTA分子筛，Zn通量被均匀化，硫酸基团被排斥，因此，以这种方式，ZnA@Zn负极在全电池充放电过程中积累了较少的副反应并表现出较低的界面电阻。

此外，分子筛涂层诱导了Zn沿（002）平面沉积，密集的形态有利于Zn负极的可逆性。另外，由于沸石框架的负电荷特性，涂层表现出对抗浓度引起的极化的能力，特别是在高电流速率下。

图2. 不同负极表面上的锌沉积行为

因此，基于ZnA@Zn电极的对称电池在5 mA cm^-2和2 mAh cm^-2条件下实现了2400小时的稳定循环，在15 mAh cm^-2条件下实现了超过500小时的深度锌剥离/沉积，在1 mAh cm^-2和20 mA cm-2条件下实现了超过6700次的循环。

本文采用二氧化锰正极和ZnA@Zn负极的全电池表现出稳定的循环，可达7500次，并实现了76.4%的高容量保持。

此外，通过ZnA涂层的保护作用实现的Zn沉积/剥离的高可逆性允许无负极电池，它获得192.8 Wh kg^-1的高能量密度（基于正负极活性材料）以及循环90次后74.6%的容量保持率。

除了出色的性能，沸石材料还具有低成本、环境友好和成熟的工业制备技术等优点，有望在能源储存和转换领域取得更广泛的应用。

图3. Zn–MnO₂全电池性能

Stabilizing Zn Metal Anodes via Cation/Anion Regulation toward High Energy Density Zn-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202203542

原创文章，作者：科研小搬砖，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/10/a9a2a60244/

北理吴川&白莹AEM：通过沸石涂层稳定锌金属负极，实现7500次循环锌电池！

相关推荐

发表回复