前沿动态：AM - 面向应用的高面容量水系锌离子电池：量化氢的逸出量和用于稳定锌负极的固体离子导体

来源：今日新材料

锌（Zn）负极有望应用于高安全性和低成本的水系电池。然而，Zn在水性环境中热力学不稳定。因此，即使在闲置时，Zn电极会分解水H2O产生氢气。这个长期以来被忽视的问题将显着影响电池的寿命。Zn电池电化学过程中，氢的生成还没有精确定量化。量化Zn沉积过程中电极上产生的氢是了解导致容量损失和电池故障的机理的关键。另一方面，析氢出反应引起的Zn突起将在电化学循环过程中的集中电场下吸引更多的Zn2+（“尖端”效应），从而加速了Zn枝晶的垂直生长。

近日，香港城市大学的支春义教授、李杨杨教授和香港理工大学的黄海涛教授等人采用原位电池-气相色谱-质谱分析精确的测量了Zn电池中的氢气释放量。在Zn//Zn对称电池中，氢通量达到3.76mmolh-1cm-2，而在Zn//MnO2电池中，氢通量达到7.70mmolh-1cm-2。因此，构建具有高Zn2+转移数（0.65）的高度电绝缘（0.11mScm-1）同时具有高Zn2+离子导电性（80.2mScm-1）ZnF2固体离子导体，以将Zn与液体电解质隔离。这不仅防止产生超过99.2％的氢，也可引导均匀的Zn电沉积。精确测量后，Zn@ZnF2//Zn@ZnF2电池仅产生0.02mmolh-1cm-2的氢（占Zn//Zn池的0.53％）。另外，高面容量的Zn@ZnF2//MnO2（~3.2mAhcm-2）充满电时，仅产生0.06mmolh-1cm-2的最大氢通量（占Zn//Zn电池的0.78％）。同时，Zn@ZnF2//Zn@ZnF2对称电池在590小时（285个循环）内在超高电流密度和面容量（10mAcm-2、10mAhcm-2）下表现出出色的稳定性，远胜过已报道的水性体系中的其的Zn负极。

文献链接：
Toward Practical High-Areal-Capacity Aqueous Zinc-Metal Batteries: Quantifying Hydrogen Evolution and a Solid-Ion Conductor for Stable Zinc Anodes，Advanced Materials，2021

原文链接：
http://www.cailiaoniu.com/218239.html