Small Structures:微纳结构设计无枝晶锌阳极及其在水系锌基电池中的应用

水系锌基电池作为锂离子电池最有希望的替代品之一,在成本效益和安全性方面都表现出了独特的优势,因此成为一种有前途的新型储能装置。其中,锌金属具有较高的理论重量容量和较低的氧化还原电位,为锌基电池在大型储能系统中提供了广阔的应用前景。但是,锌负极在电池充放电过程中反复剥离/沉积时的不均匀形核会导致锌枝晶的形成,降低电池的库伦效率甚至造成电池短路,严重阻碍了其发展和实际应用。

天津大学韩晓鹏课题组综述了锌的剥离/沉积行为以及锌枝晶的形成/生长机理,并对其影响因素进行了总结;根据相应的机理梳理了通过锌金属表面改性、合金化和基底选择及结构设计等有效抑制锌枝晶的微纳化调控策略,并介绍了其在水系二次锌基电池中的应用;最后展望了开发高效锌负极的应用前景和挑战。

本文全面总结了在中性和碱性环境中锌枝晶的形成机理,然后讨论了影响枝晶生长的各种因素,包括过电位和电流密度、传质过程、电解液浓度和组成以及电极表面状态和电极结构,并从微纳结构调控的角度汇总了抑制锌负极的有效策略和效果。此外,作者展望了开发稳定高效锌负极还面临的挑战和可能的发展方向。

论文信息:

Micronanostructured Design of Dendrite-Free Zinc Anodes and Their Applications in Aqueous Zinc-Based Rechargeable Batteries

Bing-Feng Cui, Xiao-Peng Han*, Wen-Bin Hu

Small Structures

DOI: 10.1002/sstr.202000128

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/sstr.202000128