Grænsefladekemi forbedrer genopladeligheden af ​​Zn-batterier

Med stor interesse for miljøvenlig og effektiv ressourceudnyttelse, grønne og sikre batterisystemer er efterspurgte, og forbedring af genopladeligheden er et mål. Da overfladekemien af ​​solid-electrolyte interphase (SEI) er en kritisk faktor, der styrer genopladelige batteriers levetid, det er et centralt forskningsfokus.

Zn-batterier (ZB'er) er kendetegnet ved lave omkostninger, overlegen volumetrisk energiproduktion og omkostningseffektive råmaterialer, hvilket gør dem til en lovende kandidat til at imødekomme efterspørgslen efter genopladelige batterier. Imidlertid, nogle karakteristika ved Zn-elektrolytgrænsefladen begrænser udviklingen af ​​genopladelige ZB'er og deres anvendelse.

Prof. Cui Guangleis gruppe fra Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology i det kinesiske videnskabsakademi har foreslået nye koncepter vedrørende in situ dannede og kunstige SEI'er som et middel til fundamentalt at modulere de elektrokemiske egenskaber af Zn.

Ved at manipulere nedbrydningen af ​​en eutektisk væske med en ejendommelig anion-associeret kation solvatiseringsstruktur, forskerne observerede zinkfluorid-rig organisk/uorganisk SEI på en Zn-anode for første gang.

En kombination af eksperimentelle og modellerende undersøgelser afslørede, at tilstedeværelsen af ​​anionkompleksdannende Zn-arter med markant nedsatte nedbrydningsenergier bidrog til in-situ-dannelsen af ​​interfasen.

"Den beskyttende interfase muliggør reversibel og dendritfri Zn-belægning/stripping selv ved høje arealkapaciteter. Dette skyldes den hurtige ionmigrering kombineret med høj mekanisk styrke, " sagde prof. Cui.

Med dette grænsefladedesign, de samlede Zn-batterier udviste fremragende cykelstabilitet med ubetydeligt kapacitetstab ved både lave og høje hastigheder.

Ud over, belægning af Zn-overfladen med et kunstigt beskyttende polyamidlag er let at implementere. Polyamidlaget har alle de ønskelige egenskaber til at understøtte meget reversibel Zn-kemi med forbedret cyklisk ydeevne af Zn-anoder ved neutral pH, selv ved høj udledningsdybde.

Undersøgelsen giver ny indsigt i den rationelle regulering af Zn-anoder og giver en hidtil uset mulighed for at tackle de dilemmaer, som multivalente metalanoders iboende egenskaber rejser.