Advanced Materials:锌均匀沉积诱导策略用于提升锌基电池性能

随着社会的飞速发展,人们对能源消费持续增长,化石能源的大量消耗带来能源短缺和严重的生态环境问题。加快推动能源革命,普及应用可再生能源,对于促进人类社会的可持续发展具有重要意义。但是,可再生能源发电(如风能、太阳能等)具有明显的间歇性、不稳定性和不可控性的特点,大规模并网会影响电能输出质量并带来电力系统的安全问题,影响电网的稳定可靠运行。储能技术是实现可再生能源普及应用的关键核心技术。液流电池因其具有安全性好、寿命长、效率高等优势在储能领域具有良好的应用前景。

锌负极具有本征电极电势较负、动力学快、循环性好、储量丰富等特点,锌基液流电池在水系液流电池家族中极具竞争力且得到越来越多研究人员的关注。但是,对于水系锌基液流电池而言,锌不均匀沉积导致枝晶生长,枝晶会刺破隔膜,使得电池库伦效率下降,同时造成电池短路,导致电池性能的快速衰减;此外,锌的异形生长导致锌脱落,不仅使电池的库伦效率降低,还会造成电解液循环流道堵塞影响流场分布的均匀性,从而缩短电池的循环寿命。

为此,中国科学院大连化学物理研究所团队选用低成本的金属锡作为电化学沉积锌的形貌诱导材料,利用磁控溅射技术使锡在没有粘结剂的情况下牢固沉积在具有3D结构的碳毡负极上,有效降低了锌的沉积过电位,缓解了锌枝晶的生长。与基材相比,镀锡电极无论在锌-锌对称液流电池还是锌-溴单液流电池中,其循环稳定性和库伦效率都得以显著提升。此外,该研究团队利用超深度显微镜对锌沉积过程进行了原位表征,结合理论计算,对锌沉积诱导的原因进行简要分析。 研究者相信,这项工作为解决锌枝晶生长提供了新方案,同时也为其他金属负极类似问题的解决带来启发。相关论文在线发表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201906803)上。