隨著全球對可持續(xù)能源的需求不斷增加，水系鋅離子電池作為一種新型儲能技術，因其高能量密度、環(huán)保無污染和低成本等優(yōu)點而受到廣泛關注。然而，水系鋅離子電池的充放電過程中存在著可逆性和循環(huán)穩(wěn)定性差的問題，限制了其在實際應用中的推廣。
為了解決這一問題，胡林華研究員團隊提出了一種全新的策略。近日，中國科學院合肥物質科學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在水系鋅離子電池研究中取得突破性進展，團隊提出一種全新的策略，可以極大地提升電池充放電可逆性和循環(huán)穩(wěn)定性能。相關研究發(fā)表在國際期刊《Energy Storage Materials》上。
8月21日，胡林華研究員查看水系鋅離子電池的電解液添加劑
8月21日，科研人員進行水系鋅離子電池極片制備
水系鋅離子電池
與傳統(tǒng)鋰電池相比，使用水基電解液的水系鋅離子電池不僅降低了起火爆炸的風險，也減少了對環(huán)境的潛在威脅，同時制備過程不需要復雜的密封技術和無氧無水環(huán)境，在安全和環(huán)保兩方面具有明顯的優(yōu)勢。但是，水系鋅離子電池在商業(yè)化應用上仍然面臨著諸多難題，其中一個嚴峻的挑戰(zhàn)就是枝晶生長。枝晶是以樹枝狀形式生長的晶體，它們就像冬天里尖銳的冰錐，不僅“攻擊性”強，還可能刺穿電池的“心臟”，使得正負極直接連接，引發(fā)電池短路失效?？刂浦L是延長電池壽命的關鍵因素。
針對這一難題，該團隊的策略是利用一種名為“最高占據(jù)分子軌道(HOMO) 能級”的分子特性，來篩選出能夠穩(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。他們就像是在為電池尋找合適的“保護劑”，以此來抑制鋅枝晶的生長。
結合理論計算和實驗研究，他們發(fā)現(xiàn)使用十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)作為添加劑能夠滿足“保護劑”的要求。這種化學物質是工業(yè)上廣泛應用的清潔劑、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的循環(huán)特性，穩(wěn)定性(電池的循環(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%，極大地延長了電池壽命、提高了電池性能。
水系鋅離子電池是一種具有巨大前景的儲能系統(tǒng)，未來有望在削峰填谷、風光電配儲、飛行器電源等領域落地應用。這項研究成果對于推動鋅離子電池的發(fā)展具有重要意義。隨著全球對清潔能源和可持續(xù)發(fā)展的需求不斷增加，鋅離子電池作為一種輕便、高效、環(huán)保的能源存儲設備越來越受到關注。因此，研發(fā)高性能、低成本的鋅離子電池已經(jīng)成為當前科研工作者的重要任務之一。
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