新型水系鋅離子電池憑借比容量高、安全性好等特點，有望成為新一代電化學(xué)儲能系統(tǒng)。然而，水系鋅離子電池的枝晶生長是其實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用面臨的嚴峻挑戰(zhàn)之一。日前，中國科學(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隊提出一種全新策略，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)表在國際期刊《儲能材料》上。
據(jù)研究人員介紹，枝晶是以樹枝狀形式生長的晶體，如同冬天里尖銳的冰錐，不僅“攻擊性”強，還可能刺穿電池的“心臟”，使得正負極導(dǎo)通，引發(fā)電池短路失效。鋅離子電池的枝晶生長主要發(fā)生在鋅負極上，電池充放電時間越久，形成枝晶概率越大，因此控制枝晶生長是延長電池壽命的關(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”的分子特性，篩選出能夠穩(wěn)定鋅負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。
結(jié)合理論計算和實驗研究，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。在實驗中，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，平均庫倫效率(鋅沉積/剝離的可逆性)也達到了98.15%。
這項研究成果如同為水系鋅離子電池開出了“長壽秘方”，極大延長了電池壽命，提高了電池性能，不僅為水系鋅離子電池發(fā)展開辟了新道路，也為其他電池中金屬負極穩(wěn)定化提供了新思路。
責任編輯：陸迪
