​河北大学AFM：乙酰胺添加剂实现深循环锌电池中的高度致密锌金属负极和宽温水系电解质

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​河北大学AFM：乙酰胺添加剂实现深循环锌电池中的高度致密锌金属负极和宽温水系电解质
可充电锌（Zn）水系电池是大规模储能的理想候选电池，但其非致密和枝状锌沉积、水引起的副反应以及狭窄的工作温度范围严重阻碍了其实际应用。
​河北大学AFM：乙酰胺添加剂实现深循环锌电池中的高度致密锌金属负极和宽温水系电解质
在此，河北大学张宁团队通过在水系电解质中引入低成本的乙酰胺（Ace）做添加剂实现高性能锌金属电池。该添加剂同时具有供体基团和受体基团的非人工Ace分子可以破坏水的原始H键网络，取代Zn2+溶剂鞘中的溶剂-H2O，在Zn表面形成动态吸附与贫 H2O的双电层。因此，Ace的存在可抑制水对Zn的腐蚀，使Zn成核/生长均匀。配制的含Ace电解液在-20至60 °C的宽温度范围内，即使在25 mAh cm-2 的条件下，也能使用无压电解槽实现高度致密和无枝晶的锌沉积。
此外，含Ace的电解液还能使锌电极在-20-60 °C的温度范围内实现长循环寿命，并在85.3%的放电深度（25 mAh cm-2）条件下实现超过400小时的出色深循环，进而保证锌-碘电池在苛刻条件下的稳定运行。
​河北大学AFM：乙酰胺添加剂实现深循环锌电池中的高度致密锌金属负极和宽温水系电解质
图1. 含Ace电解质中锌电极的电化学性能和结构稳定性
总之，该工作通过在传统的 1 m ZnSO4电解液中引入低成本的Ace添加剂，即使使用常压电解池的面积容量达到25 mAh cm-2，也可以实现高度致密且无枝晶的Zn沉积。此外，优化的BE-Ace电解质具有-20至60℃的宽工作温度范围。实验和理论研究表明，同时具有供体和受体基团的Ace分子可以与H2O形成强H键相互作用，并取代Zn2+溶剂化鞘中的部分溶剂化-H2O，从而打破了原有的H-水的键合网络，在高温下减弱水的反应性，并降低电解质的凝固点。
此外，Ace分子对Zn具有动态吸附行为，并在Zn附近形成贫H2O双电层，可以调节Zn的成核/生长并抑制水对Zn的侵蚀。特别地，BE-Ace电解质还可以抑制I3–的穿梭效应，从而保证Zn-I全电池即使在2.5的低N/P比下也能稳定运行。因此，该项工作为开发高性能锌金属电池提供了实用的解决方案，并将启发其他水系电池化学物质的先进电解质的设计。
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图2. I3–穿梭抑制和反应机制的表征
Highly Compact Zinc Metal Anode and Wide-Temperature Aqueous Electrolyte Enabled by Acetamide Additives for Deep Cycling Zn Batteries, Advanced Functional Materials 2024 DOI: 10.1002/adfm.202313358

原创文章，作者：Jenny（小琦），如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2024/03/21/2eb2e6d159/

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