【儀表網 研發(fā)快訊】近日，中國科學院大連化學物理研究所無機膜與催化新材料研究組(504組)楊維慎研究員、朱凱月研究員團隊在水系鋅離子電池金屬負極研究中取得新進展。團隊利用陰離子表面活性劑增強了電極界面對鋅離子的吸附，實現了高Zn(002)取向的無枝晶鋅負極。此外，團隊提出了以電極/電解液界面處靜電吸附強度作為電解液添加劑的初步篩選標準。
 

　　水系鋅離子電池具有安全性高、成本低、離子電導率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，在大規(guī)模儲能方面有著廣闊的應用前景。但是，金屬鋅負極在循環(huán)的過程中存在枝晶、腐蝕、析氫等問題，其中枝晶問題會導致電池短路失效，同時伴隨一定的安全隱患，限制了水系鋅離子電池的發(fā)展。
 

　　本工作中，團隊提出增強電極界面處靜電吸附的策略，利用廉價的陰離子表面活性劑(例如十二烷基苯磺酸鈉)在電極界面處的自發(fā)排列特性，構建了一層帶負電的分子吸附層；通過十二烷基苯磺酸根離子層與帶正電荷的鋅離子之間的靜電吸附，增強鋅離子沉積過程中的二維擴散，實現致密沉積。研究發(fā)現，由于致密沉積的特性，以及陰離子表面活性劑在剝離過程中的作用，使得電極在循環(huán)的過程中，Zn(002)晶面取向不斷增強，平整度逐漸增加，存在電極自優(yōu)化的過程。此外，團隊根據界面處靜電吸附的強弱，利用電極活性面積變化率作為橋梁，提出了鋅離子沉積過程中的瞬時形核模型，以及連續(xù)形核模型，用于解釋目前存在的兩種典型對稱電池曲線，理論結果與實際曲線一致，驗證了兩種模型的有效性。最后，根據增強靜電吸附的策略及提出的連續(xù)形核模型，團隊進一步篩選出了兩種陰離子表面活性劑(十二烷基硫酸鈉、月桂亞氨基二丙酸二鈉)，證實了增強界面靜電吸附以及模型的普適性。
 

　　相關成果以“Highly 002-Oriented Dendrite-Free Anode Achieved by Enhanced Interfacial Electrostatic Adsorption for Aqueous Zinc-Ion Batteries”為題，于近日發(fā)表在《美國化學學會-納米》(ACS Nano)上。該工作的第一作者是中國科學院大連化學物理研究所504組博士研究生謝威立。上述工作得到了國家自然科學基金、遼寧省自然科學基金、我所創(chuàng)新基金等項目的資助。(文/圖 謝威立、朱凱月)