【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，劉興泉教授團隊在國際著名期刊 Angewandte Chemie International Edition 上以“A Three-Tiered Golf Anode towards Ultralong-Life Zn-Mn Aqueous Batteries”為題發(fā)表研究成果。報道了采用高溫熔融滲鋅和液相還原二步策略構(gòu)建一種鋅碳鉍三層高爾夫型復合鋅陽極并將其用于高性能的鋅/錳水系電池。論文第一作者為電子科技大學材料與能源學院博士生胡強，電子科技大學材料與能源學院為第一署名單位，通訊作者為電子科技大學材料與能源學院劉興泉教授，香港理工大學趙景新博士、徐賓剛教授和東北師范大學吳興隆教授為共同通訊作者。
 

　　鋅-錳水系電池(ZMABs)因其優(yōu)越的安全性和經(jīng)濟可行性而備受關注。目前，商業(yè)鋅箔是用于ZMABs的主要陽極(負極)材料。然而，由于其較低的利用率和制備過程中固有的復雜性，使其在工業(yè)中的實際應用受到了許多的限制。因此，將鋅粉用作ZMABs的陽極材料時，其成本效益、出色的可加工性和可調(diào)節(jié)的制備手段而備受研究者們和產(chǎn)業(yè)界的青睞。
 

材料的制備流程及其物理化學性質(zhì)表征
 

　　然而，與鋅箔相比，由于鋅粉的比表面積顯著增加，其固態(tài)球形實心結(jié)構(gòu)使得鋅陽極更加復雜和難以操作。鋅粉陽極由于長時間的不均勻電鍍/剝離而容易出現(xiàn)不可控的電接觸損失，導致活性物質(zhì)從電極上分離，從而導致電池極化增加和庫侖效率降低。此外，由于鋅粉陽極的楊氏模量低、離子傳輸阻抗高且在水系電解液中極易腐蝕，因此在ZMABs的循環(huán)過程中不僅容易發(fā)生枝晶生長，而且極易發(fā)生析氫反應和Zn-Mn在電極上的非均勻沉積。因此，開發(fā)穩(wěn)定耐用的鋅粉陽極對于提高ZMABs的循環(huán)性能、安全性能和使用壽命至關重要。基于此，電子科技大學劉興泉教授團隊采用高溫熔融滲鋅和液相還原二步策略構(gòu)建了一種鋅碳鉍三層高爾夫型復合鋅陽極并將其用于高性能的鋅/錳水系電池。采用該方法不僅增強了鋅陽極的可逆性，顯著抑制了鋅陽極的腐蝕析氫反應，而且還顯著延長了該電池的循環(huán)壽命。
 

對稱電池性能對比及其機理闡釋
 

　　由鋅碳鉍三層高爾夫型復合鋅負極與二氧化錳正極組裝的鋅錳全電池實現(xiàn)了超長的循環(huán)壽命。在2 A·g−1的大電流密度條件下，經(jīng)過16000次循環(huán)后，電池的容量保持率仍為94.6%，預期壽命可能達到50000次以上，遠遠超過了使用純鋅粉ZP//CNT@MnO2全電池的循環(huán)壽命。該結(jié)果達到目前公開報道的國際領先水平。本研究提出的高溫熔融粉末滲鋅策略及鋅碳鉍復合鋅陽極的合理設計為鋅錳水系電池的應用提供了新的思路，為克服水系鋅錳電池的鋅枝晶和析氫反應兩大痛點提出了新的解決辦法。
 

全電池性能對比及正極的儲能機理分析