納米能源所:離子載體添加劑抑制鋅電池中的析氫并促進(jìn)均勻沉積
不受控制的鋅枝晶和不良的副反應(yīng)(如鋅自腐蝕和析氫反應(yīng))仍然是進(jìn)一步開發(fā)水系鋅電池(AZBs)的主要挑戰(zhàn)。
中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所蒲雄、胡衛(wèi)國等將大環(huán)內(nèi)酯類抗生素添加到水系電解液中,作為離子載體來調(diào)節(jié)Zn2+的溶劑化結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)鋅電沉積和抑制不良寄生反應(yīng)。阿奇霉素(Azi)是一種代表性的大環(huán)內(nèi)酯類抗生素,它能與鋅離子發(fā)生雙齒配位,并將溶劑化結(jié)構(gòu)重塑為[ZnAzi(H2O)4]2+。得益于此,鋅負(fù)極一側(cè)的自腐蝕和析氫反應(yīng)被顯著抑制,在線產(chǎn)氫監(jiān)測定量證明了這一點(diǎn)。此外,Azi對致密和均勻鋅電沉積的促進(jìn)作用也得到了證實(shí)。
在電解液中加入0.1 m Azi后,Zn-Zn對稱電池在10 mA cm-2的電流密度和10 mAh cm-2的面積容量條件下,達(dá)到了10 Ah cm-2的高累積容量。此外,添加Azi添加劑的Zn-V2O5全電池還能穩(wěn)定運(yùn)行500次循環(huán),容量保持率高達(dá)83.5%。更重要的是,相應(yīng)的 Zn-V2O5軟包電池可穩(wěn)定循環(huán)100次,且電池不會產(chǎn)氣。最后,另一種電解質(zhì)添加劑(羅紅霉素;Rox)的性能證明了大環(huán)內(nèi)酯類抗生素作為AZB中離子載體的普遍性。
Zn Ionophores to Suppress Hydrogen Evolution and Promote Uniform Zn Deposition in Aqueous Zn Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202307595