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Angew. Chem. :基于氢键定向重构的木糖醇添加剂用于调控锌离子迁移和稳定锌负极2023-03-27
水系锌离子电池具有较高的理论能量密度、成本低廉、负极氧化还原电势低、安全稳定等优点,是应对当前能源和环境危机的重要新型储能技术。由于锌负极存在枝晶生长、析氢等不利副反应影响其大规模推广。其中,电解质作为锌基器件的核心部件,起着桥接电极和引导离子传输的关键作用,因此无需复杂制备过程的电解质改性工程被认为是解决水系电池瓶颈问题的重要方法之一。向传统锌盐中引入合适的添加剂,可对锌离子溶剂鞘结构做出修饰,是一种简便、有效的稳定锌金属化学的方法。在众多添加剂中,多羟基分子作为一类具有较强表面电荷密度的材料,展现出优异的亲锌性和亲水性,有望在锌负极/电解液界面处对锌离子的迁移和沉积进行调控。

 

 

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近日,浙江师范大学胡勇教授课题组通过在ZnSO4溶液中加入少量木糖醇分子作为添加剂,实现氢键网络的定向重构,显著提升镀锌/剥离的可逆性以及锌离子电池的储能性能。木糖醇对于调控锌离子溶剂鞘结构具有独特的优势,可将部分配位水分子和硫酸根阴离子从初始溶剂鞘中排出,减少强、中氢键比例,抑制自由水活性,屏蔽静电耦合,提升锌离子的传输效率。同时,DFT理论计算模拟表明木糖醇可优先吸附于锌金属表面,构筑起对锌离子扩散和沉积有调控作用的SEI层,均匀表面电场分布和离子通量,降低脱溶剂化能,实现稳定锌沉积。得益于锌离子迁移和沉积电化学行为的改善,对称锌电池可在1.0 mA cm–2电流密度下稳定循环1100小时以上。最终,该含木糖醇添加剂的ZnSO4电解液促使锌离子电池展现出更高的比容量,优异的倍率性能和良好的循环稳定性,该工作为解决多羟基分子在水系电解液能源应用中的固有问题提供了一种新策略。

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文信息

Modulating Cation Migration and Deposition with Xylitol Additive and Oriented Reconstruction of Hydrogen Bonds for Stable Zinc Anodes

Hongfei Wang,+ Wuquan Ye,+ Bowen Yin, Kexin Wang, Muhammad Sohail Riaz, Bin-Bin Xie,* Yijun Zhong, and Yong Hu*

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202218872

 

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