首页 > 行业资讯 > 西北师大彭辉、马国富教授团队《ACS AMI》：锌负极结构调控构筑高稳定锌离子电容器

西北师大彭辉、马国富教授团队《ACS AMI》：锌负极结构调控构筑高稳定锌离子电容器

时间：2023-02-09 来源：浏览：

西北师大彭辉、马国富教授团队《ACS AMI》：锌负极结构调控构筑高稳定锌离子电容器

原创化学与材料科学化学与材料科学

化学与材料科学

微信号 Chem-MSE

功能介绍聚集海内外化学化工、材料科学与工程、生物医学工程领域最新科学前沿动态，与相关机构共同合作，发布实用科研成果，结合政策、资本、商业模式、市场和需求、价值评估等诸要素，构建其科技产业化协同创新平台，服务国家管理机构、科研工作者、企业决策层。

收录于合集

#水平阳极氧化 2 个

#抑制锌枝晶生长 2 个

#氧化锌纳米线阵列 2 个

#锌离子电容器 2 个

点击蓝字关注我们

与锂、钠和钾等碱金属相比，锌 (Zn) 金属具有更低的成本、更高的安全性和在水环境中的优异稳定性。此外， Zn 还具有较高的理论容量 (820 mAh g ^-1 ) 、较低的电位 (-0.762 V ，参比于标准氢电极 ) 和固有的不易燃性等优点。由碳基正极和锌金属负极组成的锌离子电容器因其固有的安全性和高功率输出而成为具有前景的储能器件之一。然而，由于锌枝晶的形成导致其循环稳定性差，以及活性炭性能不足导致的低能量密度仍然是高性能锌离子电容器开发所面临的主要挑战。

近日，西北师范大学彭辉、马国富教授课题组在抑制锌枝晶生长方面取得新进展，相关成果以标题为 “Alleviating Zn Dendrites by Growth of Ultrafine ZnO Nanowire Arrays through Horizontal Anodizing for High-Capacity, Long-Life Zn Ion Capacitors” 发表在 ACS Applied Materials & Interfaces 。此工作中，该课题组提出了一种简单有效的水平恒电位阳极氧化技术在锌箔上生长三维 ZnO 纳米线阵列 (ZnO@Zn) 来缓解 “ 边缘效应 ” 和抑制副反应及锌枝晶。电化学表征和原位光学显微镜观察表明， ZnO 纳米线阵列的引入可以显著抑制锌枝晶的生长，提高锌负极的循环稳定性。超细交错的 ZnO 纳米线阵列为 Zn 金属负极提供了均匀的成核位点和高电导率，降低了局部电流密度，促进了 Zn 离子在 Zn 负极表面的快速扩散和迁移。因此， ZnO@Zn 电极具有非常低的形核过电位和良好的循环稳定性，远优于裸锌负极。此外，以 ZnO@Zn 负极和 N,P 共掺杂硬碳 (NPHC) 正极组装成的 ZnO@Zn//NPHC 锌离子电容器在 0.1 A g ^-1 的比容量为 110.3 mAh g ^-1 ，并在 20,000 次循环后获得了 90% 容量保留率和 100% 库伦效率的出色循环稳定性。

图 1 . 负极合成和相关物理表征： (a) ZnO@Zn 负极合成过程示意图， (b) XRD 表征， (c) 裸 Zn 负极 SEM 表征， (d-g) ZnO@Zn 负极 SEM 表征

为了进一步直观地评价生长在锌箔上的 ZnO 纳米线阵列对 Zn 枝晶的抑制效果，在相同的试验条件 (1 M ZnSO ₄ , 10 mA cm ^-2 ) 下，采用带数码相机的原位光学显微镜观察了组装好的 Zn//Zn 对称池和 ZnO@Zn//ZnO@Zn 对称池中 Zn 的镀锌 / 剥锌行为。从图 2 可以看出，在 10 mA cm ^-2 电流密度下电镀 10 min 后，裸锌表面形成并分布有深色的锌晶粒。在后续的电镀 / 剥离过程中，裸露的 Zn 表面聚集了苔藓状的 Zn 枝晶，说明 Zn 离子优先沉积在初始突起的尖端，局部电流密度较大。相比之下，在相同的镀锌 / 剥锌时间下， ZnO@Zn 电极表面基本光滑，几乎看不到枝晶或突起 ( 图 2b) ，这表明生长在 Zn 箔上的超细交错 ZnO 纳米线阵列有效地抑制了 Zn 枝晶的生长。