锌离子电池锌负极的涂层设计与性能研究

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水系锌离子电池具有锌资源丰富、绿色环保、安全性高等优点,是近年来倍受研究人员青睐的电池体系之一。然而,金属锌负极中存在的枝晶、腐蚀、析氢和钝化等问题严重影响了电池的性能和寿命。鉴于此,通过表面涂覆聚合物保护层来构建无枝晶高稳定锌负极。将酚醛树脂用作金属锌负极的界面涂层,缓解锌枝晶生长以及副反应发生等问题。使用酚醛树脂涂覆锌负极组装的全电池在0.3 A·g-1循环300圈后放电容量和容量保持率分别为126.1 m Ah·g-1和99.5%,远高于裸锌电池(78.7 m Ah·g-1和69.2%)。循环后的涂层表面仍保持良好的完整性,没有出现锌枝晶和副产物。将聚多巴胺用作金属锌负极的界面涂层,通过涂层的去溶剂化和离子限域双重作用有效提高电池性能。对称电池在2 m A·cm-2下可循环500 h,并保持良好的稳定性和较低的滞后电压(56 m V)。全电池在1.0 A·g-1下循环1000圈后放电容量为98.3 m Ah·g-1,比裸锌电池高53.5 m Ah·g-1。涂层显著增加了锌离子的成核位点,并为锌离子的快速迁移提供了低能垒。将聚丙烯腈和钛硅分子筛复合材料用作金属锌负极的界面涂层,通过有机-无机复合材料的协同作用提升电极电化学性能。聚丙烯腈的极性官能团氰基可提供连接锌离子的配位位置,引导锌离子有序迁移;钛硅分子筛可减小水分子的影响,并对锌离子传输具有限域作用。复合材料涂层形成了快速且有序的锌离子传输通道,有助于形成均匀的锌沉积层。探究了不同比例的复合材料涂层对电极性能的影响,其中,聚丙烯腈和钛硅分子筛比例为50:1的电极具有最好的性能。对称电池表现出较低的滞后电压(22 m V),低于裸锌电池(55 m V)。图61幅;表2个;参80篇。
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