色哟哟视频在线观看-色哟哟视频在线-色哟哟欧美15最新在线-色哟哟免费在线观看-国产l精品国产亚洲区在线观看-国产l精品国产亚洲区久久

0
  • 聊天消息
  • 系統消息
  • 評論與回復
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學習在線課程
  • 觀看技術視頻
  • 寫文章/發帖/加入社區
會員中心
創作中心

完善資料讓更多小伙伴認識你,還能領取20積分哦,立即完善>

3天內不再提示

自組裝硫醇分子層抑制枝晶和電極腐蝕助力穩定水系鋅電池

清新電源 ? 來源:清新電源 ? 2023-12-14 09:14 ? 次閱讀

研究背景

雖然鋰電池被認為是儲能系統的重要里程碑,但是由于堿金屬材料供應有限、成本高以及易燃有機電解質和高活性鋰所引發的安全問題,它們的應用受到了一定的限制。由于鋅金屬陽極具有高天然豐度、低毒性、低氧化還原電位和高理論容量,水系鋅離子電池(AZIB)引起了極大的關注。然而,枝晶生長、陽極腐蝕和水溶液中的析氫反應嚴重阻礙了金屬鋅的廣泛應用。因此,迫切需要尋找一種簡單、易操作、低成本、高安全性和可擴展的方法來提高鋅陽極的穩定性和可逆性。

工作介紹

近日,深圳大學劉卓鑫助理教授、南方科技大學李洪飛助理教授和香港城市大學支春義教授等利用一種簡單且具有工業化擴展潛力的方法,開發了一種高度有序的疏水性自組裝硫醇層(SAML),以抑制枝晶形成、金屬鋅腐蝕和析氫反應,從而穩定鋅金屬表面,延長電池壽命。所制備的HT-Zn||HT-Zn對稱電池在各種電流密度下都表現出優異的穩定性。這種穩定性在HT-Zn||I2紐扣電池和高負載軟包電池中得到了進一步驗證:前者在4 A g^?1^的持續充放電周期中無明顯容量衰減,后者在1000次循環后仍保持著約90%的容量,并且其CE超過99.1%。該文章發表在國際頂級期刊Advanced Energy Materials上。其中,深圳大學任寶卉博士后為本文第一作者。

內容表述

分子自組裝層是指在固體基質與液體或氣相之間的界面上自發吸附的分子排列,其在許多領域具有廣泛的應用前景。這些超薄層通常由頭基、主鏈和特定的末端基團組成。頭基通過強化學鍵將主鏈連接到底物,從而引導自組裝過程;高度定向的骨架通過范德華力和疏水相互作用確保了單層的高效填充;末端基團則決定了表面性質。這些特性使得分子自組裝層成為納米物體設計、材料保護、設備制造和生物醫學應用的合適候選者。

wKgZomV6V2qAOjwgAAZsfSB4Kks228.jpg

圖1 Zn上HT-SAML的表征。(a) Zn表面HT自組裝過程示意圖。(b) HT和HT- Zn的FTIR光譜。(c) Raman光譜。(d) HT-Zn的XPS S 2p譜。

wKgZomV6V2qAO9TAAATMOaH4gBQ325.jpg

圖2 HT分子的模擬。(a) HT的ESP計算。(b) H2O、HT和C6H13S?的HOMO和LUMO(從左至右)。(c) HT在Zn(002)、Zn(100)、Zn(101)面對應的吸附能。(d-f) HT吸附在Zn(002)、Zn(100)和Zn(101)面的計算模型。

圖1a展示了HT在Zn上的原位自組裝過程。巰基與Zn發生反應形,成穩定的Zn?S鍵。同時,烷基鏈以垂直排列的方式形成有序緊密的結構,從而在Zn表面形成疏水界面層(HT-Zn表示所得的Zn電極)。這種簡便、經濟的SAML制備工藝在實際應用中具有大規模合成的可行性。通過FTIR、Raman和XPS等驗證了在Zn電極上成功制備出HT-SAML。同時,圖2理論計算表明,HT的烷基骨架垂直排列在Zn金屬表面,形成致密、高度有序的結構。

wKgaomV6V2qAARtDAAfLGIDhVPA939.jpg

圖3 鋅陽極的電化學性能。采用HT-Zn和純Zn陽極的對稱電池在(a) 1 mA cm^?^^2^, 0.5 mAh cm^?^^2^和(b) 10 mA cm^?^^2^, 5 mAh cm^?^^2^下進行長期恒流循環。(c), (b)中特定循環的放大電壓-時間曲線。(d)對稱電池的速率性能。(e) 在1 mA cm^?^^2^和0.5 mAh cm^?^^2^下,不對稱Cu||HT-Zn和Cu||Zn電池的CE對比。

wKgZomV6V2qAavcBAAz3W1-83Cw799.jpg

圖4 抑制枝晶和副反應。(a) 純Zn和(b) HT-Zn的Zn電鍍行為的原位光學觀察。比例尺:50 μm。(c-f)在1 mA cm^?2^和1 mAh cm^?2^條件下,經過一定的電化學循環后純Zn和HT-Zn的SEM圖像。比例尺:20μm。(g, h)在1mA cm^?2^和1mAh cm^?2^下,電鍍/剝離20次后,(g) 純Zn和(h) HT-Zn表面的共聚焦激光掃描顯微鏡三維圖像。(i) 經過100次循環后,純Zn和HT-Zn的XRD譜圖。(j) 經過100次循環后,HT-Zn的XPS S 2p光譜。

如圖3a所示,在1 mA cm ^?^ ^2^和0.5 mAh cm ^?^ ^2^下,采用純Zn陽極的對稱電池在循環777小時后突然失效,出現局部短路。相比之下,由于存在保護性的HT-SAML,HT-Zn||HT-Zn對稱電池表現出高度可逆且穩定的電鍍/剝離性能,并持續超過1800小時。同時,HT-Zn||HT-Zn對稱電池的過電位僅約為63 mV,顯著低于Zn||Zn電池的過電位(114 mV)。

如圖3b和3c所示,當電流增加到10 mA cm ^?^ ^2^和5 mAh cm ^?^ ^2^時,Zn||Zn對稱電池在26小時內出現了短路故障,并展現出高達303 mV的電壓滯后。與之鮮明對比的是,HT-Zn||HT-Zn對稱電池仍然保持高度可逆且穩定的Zn電鍍/剝離,且只有73 mV的電壓滯后,在110小時內運行不變。這歸功于HT-SAML的保護效應,它引導Zn的均勻沉積,抑制Zn腐蝕并抑制析氫反應。

此外,如圖3e所示,Cu||HT-Zn電池在平均CE為98.5%的情況下持續運行了1600多個循環,表明具有良好的可逆性和出色的Zn金屬利用率。相反,Cu||Zn電池在180個循環后突然失效,表明了嚴重的枝晶生長和副反應發生。

通過對Zn沉積過程進行原位光學觀察,我們直接證實了HT-SAML對副反應的抑制和對Zn沉積/剝離的調控作用(圖4)。

wKgaomV6V2qAan1IAAg2yv_z7Uo592.jpg

圖5 防腐機制。(a) Bode圖;(b) Tafel圖;(c) LSV曲線;(d) 純Zn的接觸角;(e) HT-Zn的接觸角;(f) 基于DFT計算的Zn?H2O和HT?H2O的結合能。插圖顯示了Zn和HT與H2O結合的結構。(g, h) 在HT-Zn上引導Zn沉積和抑制副反應的示意圖。

通過EIS、Tafel和LSV等測試,證明了HT-SAML具有出色的防腐性能和抑制析氫性能。接觸角測量和理論計算結果表明HT-Zn具有優越的疏水性,這有助于保護Zn陽極免受受水侵蝕,并抑制電極處發生的析氫反應。通過在鋅陽極上構建HT-SAML,在分子水平上改變了界面性質,形成了一個疏水排斥屏障,防止腐蝕介質侵入并抑制氫氣在電極上的產生。值得注意的是,SAML獨特的有序骨架也可以引導均勻的Zn沉積,從而抑制枝晶的形成。

wKgZomV6V2qAMF0bAAWow2966pU933.jpg

圖6 Zn||I2和HT-Zn||I2全電池的電化學性能。(a) 在掃描速率為1 mV s^?1^時,純Zn和HT-Zn的CV曲線。(b) 在1 A g^?1^時,Zn||I2和HT-Zn||I2電池的GCD曲線。(c) 不同電流密度下,HT-Zn||I2電池的GCD曲線。(d) Zn||I2和HT-Zn||I2全電池的倍率性能。(e) 在電流密度為4.0 A g ^?1^ (基于I2的重量)下,在延長的1500次循環中,Zn||I2和HT-Zn||I2全電池的長循環穩定性。(f) 大尺寸Zn陽極的HT-SAML涂層示意圖。(g) HT-Zn||I2軟包電池的速率性能和長循環穩定性。

在全電池性能方面,使用純Zn陽極的全電池在最初的100次循環中放電容量迅速衰減,在隨后的循環中放電容量逐漸下降,在1500次循環后甚至低至69 mAh g ^?1^ 。與此形成鮮明對比的是,HT-Zn||I2全電池在超過1500次循環中表現出出色的超穩定性,在持續的充放電測試中沒有明顯的容量衰減,放電容量保持在90 mAh g^?1^以上。軟包電池連續工作達到1000次,CE高達99.1%,每次循環的容量衰減低至0.0098%,顯示出高穩定性。

結論

總之,本研究展示了一種創新的、可規模化擴展的方法來解決水系鋅電池中枝晶形成、金屬鋅電極腐蝕和析氫等固有問題。在鋅陽極表面原位形成疏水性 HT-SAML,促進了鋅的均勻沉積,并排斥腐蝕性水分子,從而顯著提高了鋅陽極的穩定性和可逆性。結果表明,HT-SAML 為鋅陽極提供了良好的保護,使枝晶形成和電極腐蝕同時得到抑制,在1 mA cm^?^^2^、1 mAh cm^?^^2^ 條件下,鋅鍍層/剝離壽命達到了 1800 小時以上,10 mA cm^?^^2^、5 mAh cm^?^^2^ 條件下,壽命達到了約 110 小時。此外,HT-Zn||I2全電池的比容量有了顯著提高,在1 A g^?^^1^條件下從112 mAh g^?^^1^提高到155 mAh g^?^^1^,并且具有優異的循環穩定性,在4.0 A g^?^^1^下可穩定循環充放電1500次。此外,采用此可擴展的溶液方法制備的大尺寸HT-Zn||I2軟包電池也可連續運行 1000 個充放電循環,CE 高達99.1%,且每個循環容量衰減僅為 0.0098%。這些研究結果突出了自組裝分子層在水系鋅電池中的潛力,對于未來進一步提高水系電池效率和穩定性有一定的啟發意義。







審核編輯:劉清

聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規問題,請聯系本站處理。 舉報投訴
  • 鋅電池
    +關注

    關注

    0

    文章

    37

    瀏覽量

    7892
  • 電解質
    +關注

    關注

    6

    文章

    821

    瀏覽量

    20448
  • XPS
    XPS
    +關注

    關注

    0

    文章

    97

    瀏覽量

    12158
  • 紐扣電池
    +關注

    關注

    2

    文章

    112

    瀏覽量

    7854
  • 軟包電池
    +關注

    關注

    1

    文章

    175

    瀏覽量

    8229

原文標題:港城大支春義/南科大李洪飛/深大劉卓鑫:自組裝硫醇分子層抑制枝晶和電極腐蝕,助力穩定水系鋅電池

文章出處:【微信號:清新電源,微信公眾號:清新電源】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

收藏 0人收藏

    評論

    相關推薦

    頗具潛力的電池

    采用水系電解液,避免傳統鋰電池的易燃易爆風險, 因此 極端條件下仍 能保持穩定。并且 資源儲量豐富(地殼含量約0.02%),原材料成本僅為鋰電池
    的頭像 發表于 03-02 00:04 ?2427次閱讀
    頗具潛力的<b class='flag-5'>鋅</b>基<b class='flag-5'>電池</b>

    在測量過程中,發現粉塵電極腐蝕現象,該如何應對

    當在測量過程中發現粉塵電極腐蝕現象時,需要采取一系列科學有效的應對措施,以確保測量工作的順利進行以及設備的使用壽命和測量精度。 第一步,精準確定粉塵的腐蝕性成分至關重要。不同的
    的頭像 發表于 02-20 09:07 ?195次閱讀
    在測量過程中,發現粉塵<b class='flag-5'>層</b>對<b class='flag-5'>電極</b>有<b class='flag-5'>腐蝕</b>現象,該如何應對

    水系電池金屬負極腐蝕問題綜述

    離子儲存在陽極主體中的“搖椅”式金屬離子電池相比,金屬負極的使用使AMB具有更高的能量密度。此外,金屬負極在正極材料的搭配上提供了更多的選擇,例如可以使用理論容量更高的空氣電極和硫電極來代替插
    的頭像 發表于 02-18 14:37 ?439次閱讀
    <b class='flag-5'>水系</b><b class='flag-5'>電池</b>金屬負極<b class='flag-5'>腐蝕</b>問題綜述

    超聲波焊接有利于解決固態電池問題

    ^+^ 的快速有效傳輸,而Li?Au合金的形成則均勻化Li/LLZTO界面的電場分布,有效抑制生長。因此,所組裝的UW-Li|Au-LLZTO|Li對稱
    發表于 02-15 15:08

    馬里蘭大學王春生教授團隊最新研究成果:探索水系電池的電解質設計

    2?溶劑化殼中水的還原引起,會生成氫氣,加速Zn表面副反應;Zn沉積的非均勻性則易導致生長,進而損壞電極界面。 成果簡介 基于此,馬里蘭大學王春生教授團隊提出了一種基于 Et(3
    的頭像 發表于 02-10 10:19 ?396次閱讀
    馬里蘭大學王春生教授團隊最新研究成果:探索<b class='flag-5'>水系</b><b class='flag-5'>鋅</b><b class='flag-5'>電池</b>的電解質設計

    一種高能量密度水系有機液流電池

    多電子轉移分子在提高水系有機液流電池(AOFBs)的能量密度和降低成本方面具有巨大潛力。然而,用于增加氧化還原活性位點和穩定多電子反應所需的擴展共軛單元總會降低
    的頭像 發表于 02-07 14:33 ?295次閱讀
    一種高能量密度<b class='flag-5'>水系</b>有機液流<b class='flag-5'>電池</b>

    水系電解液寬電壓窗口設計助力超長壽命水系鈉離子電池

    , SIWEs)的電化學穩定窗口很窄(ESW,<2.5 V),導致ASIBs低的能量密度低和差的循環壽命。為此,高濃度水系電解液(water-in-salt electrolytes,WISEs)常被用于抑制
    的頭像 發表于 12-20 10:02 ?1003次閱讀
    <b class='flag-5'>水系</b>電解液寬電壓窗口設計<b class='flag-5'>助力</b>超長壽命<b class='flag-5'>水系</b>鈉離子<b class='flag-5'>電池</b>

    武漢理工大學在水系離子電池研究方面取得新進展

    武漢理工大學材料科學與工程學院傳來新突破消息,麥立強教授團隊在水系離子電池研究領域取得了顯著進展。他們成功研制出一種新型復合水系電解液,其獨特之處在于初
    的頭像 發表于 10-14 15:45 ?618次閱讀
    武漢理工大學在<b class='flag-5'>水系</b><b class='flag-5'>鋅</b>離子<b class='flag-5'>電池</b>研究方面取得新進展

    電池的制造工藝

    電池的制造工藝是一個復雜且精細的過程,涉及多個關鍵步驟和先進技術。以下是對電池制造工藝的詳細闡述:
    的頭像 發表于 10-03 15:01 ?674次閱讀

    電池的工作原理

    電池的工作原理主要基于和銀兩種金屬之間的氧化還原反應。以下是電池工作原理的詳細解釋:
    的頭像 發表于 10-03 14:59 ?2698次閱讀

    電池工作溫度_電池結構

    電池的工作溫度范圍相對較廣,但其性能受工作環境溫度的影響較大。以下是對電池工作溫度的詳細分析:
    的頭像 發表于 10-03 14:55 ?704次閱讀

    電池的優缺點_電池的應用

    電池,也稱為銀電池,是一種具有顯著特點的電池類型。以下是
    的頭像 發表于 10-03 14:51 ?2229次閱讀

    鈣鈦礦/硅疊太陽能電池穩定性測試

    近幾年來,鈣鈦礦/硅疊太陽能電池憑借其寬光譜吸收、易突破Shockley-Queisser效率極限的優勢而成為研究熱點。但鈣鈦礦材料的長期穩定性仍然是一個重大挑戰。鈣鈦礦材料對環境
    的頭像 發表于 07-25 08:33 ?1944次閱讀
    鈣鈦礦/<b class='flag-5'>晶</b>硅疊<b class='flag-5'>層</b>太陽能<b class='flag-5'>電池</b><b class='flag-5'>穩定</b>性測試

    質子調控醌烯醇轉化助力高性能水系電池

    羰基氧化還原化學中C=O與C-O-之間的非均相烯醇化反應是廣泛存在于自然界的重要生理過程。該研究揭示了基于有機羰基的水系有機電極材料的廣泛應用,其中通過調整羰基的結構和官能團可以調節電化學性能。
    的頭像 發表于 05-23 09:24 ?568次閱讀
    質子調控醌烯醇轉化<b class='flag-5'>助力</b>高性能<b class='flag-5'>水系</b><b class='flag-5'>鋅</b><b class='flag-5'>電池</b>

    探索帶電鋰離子通道對金屬鋰負極生長的抑制作用

    離子電導率是人工SEI的一個重要指標,它影響著鋰離子的快速傳輸和鋰的均勻沉積。如圖1g所示,在室溫下通過EIS對組裝SS|PHL|SS電池進行了離子電導率測試。
    發表于 04-25 09:48 ?1013次閱讀
    探索帶電鋰離子通道對金屬鋰負極<b class='flag-5'>枝</b><b class='flag-5'>晶</b>生長的<b class='flag-5'>抑制</b>作用
    主站蜘蛛池模板: 3D内射动漫同人资源在线观看 | 夜色福利院在线看 | 午夜想想爱午夜剧场 | 肉动漫3D卡通无修在线播放 | 免费国产久久啪久久爱 | 欧美人与动牲交A免费 | 亚洲AV久久无码精品九九软件 | 国产精品成人免费观看 | 亚洲欧美国产综合在线一区 | 甜性涩爱快播 | 涩涩免费视频软件 | 色WWW永久免费视频首页 | 97色伦在色在线播放 | 乳女教师欲乱动漫无修版动画 | 国产亚洲精品久久久久 | 97一期涩涩97片久久久久久久 | 国产精品久久久久久AV免费不卡 | 久久精品国产免费 | 亚洲欧美精品一中文字幕 | 亚洲黄色录像片 | 无人区大片中文字幕在线 | 欧美xxxx83d | 日本最新免费区中文 | 国产精品久久久久久影院 | 亚洲午夜精品A片久久不卡蜜桃 | 欲乱艳荡少寡妇全文免费 | 亚洲男同tv | 伊人亚洲综合青草青草久热 | 91精品欧美一区二区三区 | 欧美性狂猛bbbbbbxxxx | 亚洲日韩中文字幕日本有码 | 精品亚洲一区二区三区在线播放 | 成人免费小视频 | 中文字幕亚洲乱码熟女在线萌芽 | 玩弄朋友娇妻呻吟交换电影 | 超碰99热在线精品视频 | 亚洲一级毛片免费在线观看 | 国产综合无码一区二区色蜜蜜 | 亚洲偷自拍精品视频在线观看 | 亚洲中文字幕日产乱码2020 | 男男gaygay拳头|

    電子發燒友

    中國電子工程師最喜歡的網站

    • 2931785位工程師會員交流學習
    • 獲取您個性化的科技前沿技術信息
    • 參加活動獲取豐厚的禮品