我國(guó)科學(xué)家提出提升水系鋅離子電池壽命與性能新策略

新型水系鋅離子電池憑借比容量高、安全性好等特點(diǎn)，有望成為新一代電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)。然而，水系鋅離子電池的枝晶生長(zhǎng)是其實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一。日前，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所能源材料與器件制造研究部胡林華研究員團(tuán)隊(duì)提出一種全新策略，可以極大提升水系鋅離子電池充放電可逆性和循環(huán)穩(wěn)定性能。相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)際期刊《儲(chǔ)能材料》上。

據(jù)研究人員介紹，枝晶是以樹(shù)枝狀形式生長(zhǎng)的晶體，如同冬天里尖銳的冰錐，不僅“攻擊性”強(qiáng)，還可能刺穿電池的“心臟”，使得正負(fù)極導(dǎo)通，引發(fā)電池短路失效。鋅離子電池的枝晶生長(zhǎng)主要發(fā)生在鋅負(fù)極上，電池充放電時(shí)間越久，形成枝晶概率越大，因此控制枝晶生長(zhǎng)是延長(zhǎng)電池壽命的關(guān)鍵因素。

研究人員利用一種名為“最高占據(jù)分子軌道能級(jí)”的分子特性，篩選出能夠穩(wěn)定鋅負(fù)極用的非犧牲性陰離子型表面活性劑作為電解液添加劑，以此抑制鋅枝晶的生長(zhǎng)。

結(jié)合理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究，研究人員發(fā)現(xiàn)，使用十二烷基苯磺酸鈉作為添加劑能夠滿足“保護(hù)劑”的要求。這種化學(xué)物質(zhì)是工業(yè)上廣泛應(yīng)用的清潔劑、乳化劑等，還是日常生活中洗衣粉、洗潔精的主要去污成分之一。在實(shí)驗(yàn)中，該添加劑的使用顯著提升了電池循環(huán)特性，穩(wěn)定性（電池循環(huán)次數(shù)）提升了30倍，平均庫(kù)倫效率（鋅沉積/剝離的可逆性）也達(dá)到了98.15%。

這項(xiàng)研究成果如同為水系鋅離子電池開(kāi)出了“長(zhǎng)壽秘方”，極大延長(zhǎng)了電池壽命，提高了電池性能，不僅為水系鋅離子電池發(fā)展開(kāi)辟了新道路，也為其他電池中金屬負(fù)極穩(wěn)定化提供了新思路。

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