近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所能源催化轉(zhuǎn)化全國重點實驗室動力電池與系統(tǒng)研究部(DNL29)陳忠偉院士、竇浩楨副研究員團(tuán)隊在水系鋅離子電池(ZIBs)領(lǐng)域取得新進(jìn)展。團(tuán)隊提出了動態(tài)雙電層概念，原位構(gòu)筑自修復(fù)雜化固態(tài)電解質(zhì)界面(SEI)，得到的水系鋅離子電池在高載和貧電解液實際工況下具有長循環(huán)壽命。該研究為水系電池固態(tài)電解質(zhì)界面設(shè)計提供指導(dǎo)，其“動態(tài)雙電層”概念為理解雙電層結(jié)構(gòu)提供新視角。
 

　　水系鋅離子電池具有高安全性和低成本的優(yōu)勢，在新一代存儲電池技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。然而，其實際應(yīng)用面臨析氫反應(yīng)、化學(xué)腐蝕和枝晶生長等挑戰(zhàn)。
 

　　針對上述挑戰(zhàn)，團(tuán)隊開發(fā)了雙位點吸附添加劑，添加劑分子可動態(tài)調(diào)整自身分子構(gòu)型和分布，導(dǎo)致雙電層中離子、分子重排，構(gòu)筑動態(tài)雙電層。此外，原位和非原位表征表明，動態(tài)雙電層誘導(dǎo)原位形成自修復(fù)雜化固態(tài)電解質(zhì)界面。動態(tài)雙電層和自修復(fù)固態(tài)電解質(zhì)界面的協(xié)同作用有效地抑制界面副反應(yīng)、加速了界面動力學(xué)，并調(diào)控了Zn2+沉積。
 

　　研究發(fā)現(xiàn)，Zn//Zn對稱電池在42.7%放電深度或50mA/cm高電流密度下展現(xiàn)了500h的高可逆性。Zn//NVO全電池在3A/g下具有10000次循環(huán)穩(wěn)定性和100%的容量保持率，即使在貧電解液(7.5μL/mAh)和高負(fù)載(15.26mg/cm2)實際工況下，電池仍具有超過3000次的穩(wěn)定循環(huán)。此外，團(tuán)隊還證明了該電池在低溫-30℃仍可穩(wěn)定運行。
 

　　相關(guān)研究成果以“Formulating Self-repairing Solid Electrolyte Interface via Dynamic Electric Double Layer for Practical Zinc Ion Batteries”為題，于近日發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie-International Edition)上。該工作的共同第一作者為DNL2900聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生秦思琪和助理研究員張杰。該工作得到中國科學(xué)院B類先導(dǎo)專項“能源電催化的動態(tài)解析與智能設(shè)計”、榆林中科潔凈能源創(chuàng)新研究院聯(lián)合基金等項目的資助。(文/圖 秦思琪)