马里兰大学王春生教授团队最新研究成果：探索水系锌电池的电解质设计

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马里兰大学王春生教授团队最新研究成果：探索水系锌电池的电解质设计

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来源

https://m.elecfans.com/article/6450969.html

马里兰大学王春生教授团队在水系锌电池（AZBs）电解质设计领域取得重要突破。他们提出了一种基于Et(30)极性参数的电解液优化策略，成功解决了锌电极低可逆性和短循环寿命的问题，为水系锌电池在储能和可穿戴设备等领域的应用开辟了新途径。

研究背景

水系锌电池因其高安全性、低成本和环境友好性而受到广泛关注。然而，其商业化进程受到锌电极低可逆性和短循环寿命的限制。这些问题主要源于析氢反应（HER）和不均匀的锌沉积。HER由锌离子溶剂化壳层中水的还原引起，会导致氢气生成并加速锌表面副反应；不均匀的锌沉积则容易导致枝晶生长，进而损坏电极界面。

成果简介

针对上述问题，马里兰大学王春生教授团队提出了一种基于Et(30)极性参数的水系锌电池电解液优化策略。该研究以“电解液设计用于水系锌电池”为题，发表在《焦耳》期刊上。研究团队通过Et(30)极性参数精准筛选溶剂，优化锌离子溶剂化结构，有效抑制析氢反应和锌枝晶生长，显著提高了锌电极的可逆性。

研究亮点

首次引入Et(30)极性尺度作为溶剂选择新标准，优化锌离子溶剂化结构，实现高效HER抑制，提高锌的沉积均匀性，进而提升电池稳定性。
通过引入氟基添加剂促进锌氟化物保护层的形成，减少锌电极与水的直接接触，降低枝晶生长和析氢副反应，实现5500小时超长循环寿命和99.8%的库仑效率。
采用优化电解液的锌||聚苯胺全电池展现出高达130mAh/g的比容量，并实现长循环稳定性（1000次循环），为水系锌电池在储能与可穿戴设备等领域的应用奠定了坚实基础。

图文导读

图1 用于共溶剂电解液设计的Et(30)性能参数

图2 含0.5m氟基添加剂电解液的性能评价

图3 F基SEI的形成

图4 基于本研究中电解液的锌||聚苯胺电池性能

总结展望

本研究提出了一种基于Et(30)极性参数的电解液优化策略，旨在提升水系锌电池的性能，特别是解决锌电极的低可逆性和短循环寿命问题。研究显示，Et(30)极性尺度与锌电极的库仑效率之间存在火山形关系，即最佳Et(30)范围（约45）能有效提高锌离子溶剂化结构的稳定性，减少析氢反应和锌枝晶生长，进而提升电池的可逆性和循环稳定性。同时，研究引入了氟基添加剂，促进了锌氟化物固态电解质界面层（SEI）的形成，进一步抑制了HER和枝晶生长。使用优化电解液的锌||聚苯胺全电池展示了高比容量（130mAh/g）和长循环寿命（1000次以上），并且在不同电流密度下表现出优异的速率能力。此外，电池在低温（0°C）和高温（60°C）下也展现出良好的稳定性。综上所述，本研究提供了新的电解液设计策略，为水系锌电池的高性能应用，特别是在储能系统和可穿戴设备等领域的应用奠定了基础。