张乃庆/张宇/范立双AM: 用于稳定锌金属负极的动态自适应界面涂层

锌（Zn）离子电池因其高安全性和环保性而备受关注。目前，枝晶的产生和表面死锌的积累等关键问题将导致电池寿命急剧下降。通过构建界面保护涂层可以在一定程度上抑制锌枝晶，然而现有的刚性涂层由于Zn沉积的体积变化而不能保持与Zn的共形接触，并且在循环过程中会导致不可逆的断裂。

在此，哈尔滨工业大学张乃庆教授、张宇、范立双等人开发了一种高度自适应的聚二甲基硅氧烷（PDMS）/TiO_2-x涂层，可以动态适应体积变化并抑制枝晶生长以稳定锌金属表面。红外光谱 (IR) 、拉曼光谱、电子顺磁共振（EPR）表征结果表明，合成的聚合物 PDMS 具有高动态适应性，这归因于B-O键的微交联；

富氧空位的TiO_2-x和PDMS的结合可以诱导Zn²⁺的快速均匀转移，DFT计算进一步证明了这一点。优异的机械性能和快速的导电性为锌负极的稳定运行提供了有效保障。

图1. B-O键动态变化及涂层的粘弹性能

基于以上协同作用，锌金属负极获得了优异的循环性能。在10 mA cm^-2的电流密度下，组装的Zn||PDMS/TiO_2-x电池在700次循环后仍可实现99.6% 的库仑效率（CE），这表明了其实际应用潜力。

此外，Zn@PDMS/TiO_2-x对称电池可以在10 mA cm^-2和10 mAh cm^-2的恶劣循环条件下稳定循环300 h，当电流密度增加到15 mA cm^-2时，过电位在265小时内没有波动。同时，Zn@PDMS/TiO_2-x ||MnO₂电池在1C倍率下400次循环后放电容量为179 mAh g^-1并且CE接近100%。

图2. 含PDMS/TiO_2-x涂层的电池循环性能测试

A Dynamic and Self-Adapting Interface Coating for Stable Zn-Metal Anodes, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202105133

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/2023/10/12/eb4aa3bedf/

张乃庆/张宇/范立双AM: 用于稳定锌金属负极的动态自适应界面涂层

相关推荐

发表回复