EcoMat: 3D纳米通道锡 (Sn) 层助力高性能锌负级

纵观世界发展史,每一次科学技术的进步和社会生产力的飞跃都与能源问题密切相关。由于绿色和安全的特性,水系金属离子电池作为能源存储设备表现出很高的应用前景。在不同的水系金属离子电池中,锌离子电池是一种低成本、无毒、高安全性的能量存储系统,近年来受到了广泛的关注。然而,理论容量高的锌负极在沉积/剥离过程中往往会出现产氢、腐蚀等副反应和枝晶生长问题,产生严重的极化,缩短了循环寿命。这些棘手的问题严重阻碍了锌离子电池的进一步商业应用。

针对这些问题,近日,山东大学刘宏教授团队通过简单的原位取代反应在Zn负极表面构建具有3D纳米通道的锡 (Sn) 层。通过多尺度研究技术,特别是Micro-CT,研究锡层对锌枝晶的抑制。此外,还详细研究了Sn层对Zn的诱导机制。制备的 Sn-Zn 负极表现出极低的电压滞后(27mV),缓解了锌的枝晶生长并确保了长循环(800h,1mA cm-2)稳定性。这项工作为水系锌离子电池锌金属负极的沉积提供了新的见解。本工作亮点如下:

1.通过简单的原位取代反应构建具有3D纳米通道的锡 (Sn) 层,用来抑制锌枝晶的生长。

2.利用原位光学显微镜和Micro-CT技术对锌的枝晶进行了观察。

3.证实了Sn层加速了(Zn(OH2)6)2+脱溶剂化过程,缓解了表面电场的不均匀性;此外,Sn层与Zn2+的吸附密切相关,可抑制Zn2+表面扩散,避免电荷积聚,减少锌枝晶的形成。

4.制备的锌负极(Sn-Zn)的过电位(28mV)远远小于纯锌片的过电位(57mV),并且在800h内表现出良好的循环稳定性,大大缓解了枝晶的生长和副反应的发生。

论文信息:

Constructing nano-channeled tin layer on metal zinc for high-performance zinc-ion batteries anode

Zhenyu Miao, Min Du, Houzhen Li, Feng Zhang, Hechun Jiang, Yuanhua Sang, Qinfei Li*, Hong Liu*, Shuhua Wang*

EcoMat

DOI: 10.1002/eom2.12125

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eom2.12125