上海硅酸盐所在锌基电池的新型稳定化电解质研究中取得系列进展

 加拿大基地     |      2021-08-14 01:41
本文摘要:金属锌资源非常丰富,比能量低,作为负极在锌锰、锌镍、锌银和锌空气等电池中具备更为明显的推展优势。但金属锌在传统的水系电解液中,不存在着相当严重的生锈和枝晶问题,很大地容许了锌基电池的电化学性能和循环稳定性能。为有效地提高锌负极的稳定性,中国科学院上海硅酸盐研究所研究员刘宇率领的科研团队积极开展了一系列工作,研究出有一种具备低稳定性、柔性的自承托明胶电解质隔膜。 这种电解质不具备独有的热可逆性和出色的无机盐兼容性。

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金属锌资源非常丰富,比能量低,作为负极在锌锰、锌镍、锌银和锌空气等电池中具备更为明显的推展优势。但金属锌在传统的水系电解液中,不存在着相当严重的生锈和枝晶问题,很大地容许了锌基电池的电化学性能和循环稳定性能。为有效地提高锌负极的稳定性,中国科学院上海硅酸盐研究所研究员刘宇率领的科研团队积极开展了一系列工作,研究出有一种具备低稳定性、柔性的自承托明胶电解质隔膜。

这种电解质不具备独有的热可逆性和出色的无机盐兼容性。通过构筑平稳的电极-电解质界面,锌负极的生锈程度明显减少,平面电池循环稳定性获得提升(0.2mAcm-2平稳循环800h)且没显著的枝晶构成。独有的结构设计使电池不具备柔性和抵抗外力性刺激的稳定性。更进一步地,基于明胶独有的无机盐强化效应,在高浓度的电解液中处置后的明胶电解质水解,分子链之间构成强劲亲水性相互作用,电解质的热稳定性和机械性能明显增强,取得了目前所报导的机械性能最差的水系锌基电池自承托固态电解质隔膜。

平面电池在超过5mAcm-2电流密度下可以平稳循环400h。同时,出色的机械性能也提升了电池的安全性,扩展了其在柔性电池领域的应用于。涉及成果陆续公开发表于JournalofMaterialsChemistryA(2018,DOI:10.1039/c8ta08314b)和JournalofMaterialsChemistryA(2019,DOI:10.1039/c9ta07218g),其中2019年公开发表的文章成果被选为期刊封面,涉及工作第一作者为在读博士生韩奇。团队还设计了一种新的固水型电解质体系,该体系中的气相纳米二氧化硅(FS)通过表面活性基团格氏试剂水分子,诱导了水对锌负极的生锈;并且作为无机填料,强化隔膜的耐枝晶刺入能力。

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非离子型表面活性剂(FMEE)的加到减少了Zn2+沉积活化能,与二氧化硅协同作用明显诱导Zn枝晶生长,同时提高库伦效率。涉及工作成果公开发表在国际电化学专业期刊JournalofTheElectrochemicalSociety(2019,DOI:10.1149/2.1031906jes),第一作者为在读博士生黄佳琪。

团队更进一步研发了与前述成果给定的高活性负极材料,在10C的倍率条件下获得长达10000圈的循环稳定性,涉及工作已被JournalofPowerSources期刊接管,第一作者为在读博士生刘云召。上述研究工作的通讯作者和指导教师为刘宇和副研究员迟晓伟。

涉及研究工作取得中科院及科技部涉及项目反对。无机盐强化电解质隔膜,扩展柔性锌电池应用于。

原位构筑电极-电解质界面平稳锌负极。固水型电解质减少锌负极生锈,提升库伦效率。新型高活性负极材料的电池循环图。


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