貴大新聞網(wǎng)訊（材料與冶金學(xué)院）近日，我校黃俊特聘教授團(tuán)隊(duì)在SCI一區(qū)Top期刊Chemical Engineering Journal（IF:13.3）上發(fā)表了一篇題為“Interfacial electric field defect repair engineering enable highly reversible Zn metal anodes”的論文。我校本科生吳萬(wàn)鵬、碩士研究生楊宋為本文共同第一作者，通訊作者為貴州大學(xué)黃俊特聘教授。
近年來(lái)，鋰離子電池因其高穩(wěn)定性和高容量而被廣泛用于工業(yè)設(shè)備、交通和智能電子設(shè)備。鋰資源的天然稀缺性以及可燃性等問(wèn)題促使研究人員探索用于大規(guī)模儲(chǔ)能的新型儲(chǔ)能技術(shù)。由于鋅的儲(chǔ)量豐富和高比容量（820 mAh g-1和5855 mAh cm-3），以及其環(huán)境相容性和安全性，水系鋅離子電池（AZIBs）備受關(guān)注。然而，水系鋅離子電池仍然面臨重大挑戰(zhàn)，包括過(guò)量的游離水產(chǎn)生的副反應(yīng)，非活性副產(chǎn)物在鋅金屬陽(yáng)極表面積累，加劇了局部化學(xué)腐蝕、析氫和副產(chǎn)物形成等問(wèn)題，導(dǎo)致庫(kù)侖效率降低和不可逆的鋅消耗。更嚴(yán)重的是Zn陽(yáng)極上存在的固有缺陷始終導(dǎo)致電場(chǎng)不均勻進(jìn)而導(dǎo)致鋅枝晶的生長(zhǎng)會(huì)在重復(fù)的電化學(xué)循環(huán)過(guò)程中刺穿隔膜，導(dǎo)致不可逆的器件失效。上述問(wèn)題主要?dú)w因于水系鋅離子電池中鋅的不均勻沉積和活性水分子的分解，從而阻礙了高穩(wěn)定性的水系鋅離子電池的實(shí)際應(yīng)用。
鑒于此，我校黃俊特聘教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種多功能磺化酞菁鈷電解液添加劑用于修復(fù)鋅陽(yáng)極表面電場(chǎng)缺陷和優(yōu)化鋅離子溶劑化結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，將多功能磺化酞菁鈷（SCP）引入ZnSO4電解質(zhì)中，顯著促進(jìn)鋅陽(yáng)極的循環(huán)可逆性。SCP可以通過(guò)物理吸附填充鋅陽(yáng)極表面的固有缺陷，實(shí)現(xiàn)修復(fù)鋅陽(yáng)極表面電場(chǎng)的缺陷，并調(diào)整鋅離子的溶劑化結(jié)構(gòu)，以減少循環(huán)過(guò)程中的副反應(yīng)。此外，對(duì)Zn具有強(qiáng)親和力的Co元素促進(jìn)了Zn2+離子的定向沉積。這個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了鋅的均勻沉積，有效地防止了枝晶生長(zhǎng)刺穿隔膜。因此，含SCP的電解質(zhì)在1 mAh cm-2/1 mA cm-2下循環(huán)壽命高達(dá)2710小時(shí)，以及99.96%的高庫(kù)倫效率。在使用SCP/ZnSO4電解質(zhì)的Zn//MnO2全電池中，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（在5 A g-1電流密度下循環(huán)3000次后保持77.14%的容量）。這項(xiàng)研究為調(diào)節(jié)Zn陽(yáng)極的界面電場(chǎng)缺陷提供了一種直接的解決方案，具有重要的實(shí)際應(yīng)用潛力。
該論文提出了一種多功能電解質(zhì)添加劑，通過(guò)界面電場(chǎng)缺陷修復(fù)工程有效抑制電極腐蝕、枝晶生長(zhǎng)和副產(chǎn)物的產(chǎn)生。在SCP/ZnSO4電解質(zhì)中，可視化了Zn沉積的演變，還詳細(xì)分析了Zn陽(yáng)極在循環(huán)過(guò)程中的化學(xué)成分。根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，SCP中的磺酸基團(tuán)填充了Zn陽(yáng)極上的表面缺陷，產(chǎn)生了均勻的電場(chǎng)，同時(shí)還與Zn2+配位，促進(jìn)了鋅脫溶劑化過(guò)程。同時(shí)，Co元素在引導(dǎo)Zn2+的均勻沉積中起著至關(guān)重要的作用，從而產(chǎn)生光滑平坦的Zn表面。因此，含有SCP添加劑的ZnSO4電解質(zhì)在Zn//Zn對(duì)稱(chēng)電池穩(wěn)定循環(huán)超過(guò)2710小時(shí)。此外，使用這種電解質(zhì)的Zn//Cu不對(duì)稱(chēng)電池實(shí)現(xiàn)了超過(guò)2000次循環(huán)，同時(shí)保持了99.96%的高度穩(wěn)定的庫(kù)倫效率。最后，Zn//MnO2全電池在5 A g-1的高電流密度下循環(huán)3000次，同時(shí)保留了其77.14%的初始容量。最后，本文章提出了一種用于電場(chǎng)缺陷修復(fù)工程的添加劑，以增強(qiáng)Zn陽(yáng)極的可逆性，為改進(jìn)高性能AZIBs提供了一種有前途的方法。
編輯：張蟬
責(zé)編：李旭鋒
編審：丁龍
