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普通食糖是提高水系鋅電池安全特性的關(guān)鍵

時(shí)間:2022-08-02 09:23來源:綠色合規(guī)專家作者:綜合報(bào)道

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清華大學(xué)的研究人員提出了一種想法，通過對(duì)普通蔗糖進(jìn)行化學(xué)修飾來穩(wěn)定水鋅電池中的鋅離子環(huán)境，并提高設(shè)備的安全性能。

在一篇發(fā)表在《納米研究》(Nano Research)雜志上的論文中，科學(xué)家們表示，與目前的鋰離子電池相比，水鋅電池成本更低，甚至更安全，因?yàn)樗鼈儾恍枰兹嫉挠袡C(jī)電解質(zhì)。除此之外，鋅陽極具有較高的理論容量，這使得這些電池在未來電網(wǎng)儲(chǔ)能等領(lǐng)域的應(yīng)用前景更加廣闊。

到目前為止，鋅電池的問題是，當(dāng)陽極表面的鋅離子(Zn2+)濃度降至零時(shí)，枝晶開始生長。不受控制的Zn枝晶生長會(huì)惡化電化學(xué)性能，嚴(yán)重威脅安全運(yùn)行。

該研究的合著者劉美男在一份媒體聲明中說:“這些樹突可以穿透隔膜，導(dǎo)致電池短路。”

Liu表示，過去的研究表明，調(diào)節(jié)溶劑環(huán)境(稱為“溶劑化結(jié)構(gòu)”)可以增加Zn2+在電場(chǎng)下的遷移率，并成功抑制枝晶的生長。問題是，之前的這些調(diào)整——比如引入其他鹽或加入更少的水分子——最終也會(huì)降低體系的離子電導(dǎo)率。

研究人員說:“對(duì)于Zn2+的溶劑化結(jié)構(gòu)和它的流動(dòng)性有一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)差距。”這是影響Zn陽極枝晶生長和穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。”

為了填補(bǔ)這一空白，Liu和他的同事嘗試了一種新方法:引入具有多個(gè)羥基的普通蔗糖，即氫和氧結(jié)合在一起進(jìn)入電解質(zhì)，以調(diào)整Zn2+的溶劑化結(jié)構(gòu)。

通過進(jìn)行原子模擬和實(shí)驗(yàn)，研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)，蔗糖分子增強(qiáng)了流動(dòng)性，并在不影響穩(wěn)定性的情況下阻止了樹突生長。

Liu說:“研究結(jié)果證實(shí)，溶劑化鞘中的蔗糖分子不僅增強(qiáng)了流動(dòng)性，確保快速的Zn2+動(dòng)力學(xué)，而且保護(hù)Zn陽極免受水腐蝕，成功地實(shí)現(xiàn)了無Zn枝晶沉積和副反應(yīng)抑制。”“這表明了將這種簡(jiǎn)單的蔗糖改性用于未來高性能鋅電池的巨大潛力，并使該研究領(lǐng)域向?qū)崿F(xiàn)安全、綠色、高性能鋅電池的最終目標(biāo)邁進(jìn)了一步。”

(責(zé)任編輯：子蕊)

文章標(biāo)簽：水系鋅電池

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