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阿卜杜拉国王科技大学Husam N. Alshareef、南京邮电大学赵进:通过超薄坚固凯芙拉中间层在电池负极实现锌的平坦沉积

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背景介绍


使用低成本、安全的锌金属作为负极的可充电水系锌离子电池被认为是用于未来电网规模储能系统的理想候选体系。然而,锌枝晶的生长所导致的电池短路、循环次数有限等问题严重阻碍了水系锌离子电池的进一步发展。在此背景下,抑制锌枝晶在负极的生长在水系锌离子电池的研究中的重要性愈发凸显。近年来,从锌的晶体生长角度出发,调节锌的沉积行为使其向水平方向排列从而抑制枝晶生长的方法受到了广泛关注。目前这种策略通常基于对基底进行预加工或者使用电解液添加剂,新的方案鲜有报道。开发新的策略以实现从晶体学角度的锌沉积调控对于未来锌枝晶的抑制以及水系锌离子电池的发展都至关重要。


研究方法


本文通过将凯芙拉纱线进行剥离并重新组装制备成超薄凯芙拉薄膜,在电池组装时,将其作为中间层置于锌金属负极与玻璃纤维隔膜间,研究其对负极锌沉积行为的影响。


成果简介


本文成功制备了一种超薄、坚固的凯芙拉薄膜,当其作为中间层时,凭借其小孔隙率与高机械强度,以一种全新的方式(未优化基底或电解液)实现了锌在电池负极的晶体学角度锌沉积调控。与对照组(无凯芙拉中间层)中随处可见的锌枝晶相比,有了这种凯芙拉中间层,沉积的片状锌会以平行排列模式生长。由于锌枝晶得到了有效抑制,使用凯芙拉中间层的锌基电池的循环稳定性得到了显著提高。此外,使用凯芙拉中间层锌锰软包电池也展现了稳定的循环性能以及在多角度折叠过程中的稳定工作。


图文导读


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凯芙拉中间层对锌沉积形貌演变的影响:在(a-d)无中间层与(e-h)有中间层的锌负极上沉积0.1 mAh cm-2(a,e)、1.0 mAh cm-2(b,f)和2.0 mAh cm-2(c,g)容量的锌的扫描电镜俯视图,以及相应2.0 mAh cm-2(d,h)锌沉积的侧视图。在(i)无中间层与(j)有中间层的锌负极上锌沉积过程的示意图。


文章信息


Wang Y, Chen J, Chen Z, et al. Flat Zn deposition at battery anode via an ultrathin robust interlayer. Nano Research, 2024https://doi.org/10.1007/s12274-024-6783-2




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