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科技日报记者 吴长锋
记者近日从安徽大学了解到，该校材料科学与工程学院吴明在教授团队提出了在锌片表面制备二氧化钛无机纳米层和硬脂酸有机分子层共同组成的多功能筛，以获得稳定的锌阳极，从而抑制锌枝晶的生长，减弱析氢反应，缓解锌阳极腐蚀。相关研究成果日前发表在材料领域期刊《先进应用材料》上。
锌离子电池具有理论容量高、锌金属氧化还原电位低以及安全性高等优势，在大规模电化学储能系统领域中极具前景。然而在锌沉积过程中，锌离子沿阳极表面进行扩散时，会形成不规则的锌枝晶，从而刺破隔膜而导致电池发生短路。到目前为止，已经有许多报道关于无机保护层和有机框架用于稳定锌阳极。虽然金属化合物的无机保护层可以降低析氢反应动力学，并作为防止枝晶生长的物理屏障，但它们的低离子电导率和与锌阳极的弱界面接触对锌电镀/剥离的长期循环产生了负面影响。与无机材料相比，有机框架膜较弱的分子间范德华力减少了锌离子插入的静电相互作用，并加速了锌离子的扩散速率，防止了枝晶生长。锌枝晶、腐蚀和锌电极析氢这3个问题相互依赖，相互影响，因此，需要对锌阳极问题进行综合考虑。
安徽大学供图
基于此，研究人员提出了在锌片表面制备一种由二氧化钛无机纳米层和硬脂酸有机分子层共同组成的多功能筛，以调控锌离子、水和羟基动力学特性获得稳定的锌阳极。实验和理论模拟证实，该多功能筛能够加速锌离子的传输和沉积动力学改善锌阳极表面电场分布，阻碍活性水与锌阳极直接接触以及束缚羟基在无机纳米层和有机分子层之间；从而抑制锌枝晶的生长，减弱析氢反应，缓解锌阳极腐蚀。结果显示，在锌片表面引入多功能筛能够有效地提高锌阳极的循环寿命及库伦效率。
业内专家认为，这项成果能够进一步缓解腐蚀反应、析氢和枝晶生长等多个问题，大大提升电池的循环寿命。
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