近日，劉興泉教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際著名期刊 Angewandte Chemie International Edition 上以“A Three-Tiered Golf Anode towards Ultralong-Life Zn-Mn Aqueous Batteries”為題發(fā)表研究成果。報(bào)道了采用高溫熔融滲鋅和液相還原二步策略構(gòu)建一種鋅碳鉍三層高爾夫型復(fù)合鋅陽(yáng)極并將其用于高性能的鋅/錳水系電池。論文第一作者為電子科技大學(xué)材料與能源學(xué)院博士生胡強(qiáng)，電子科技大學(xué)材料與能源學(xué)院為第一署名單位，通訊作者為電子科技大學(xué)材料與能源學(xué)院劉興泉教授，香港理工大學(xué)趙景新博士、徐賓剛教授和東北師范大學(xué)吳興隆教授為共同通訊作者。
 

　　鋅-錳水系電池(ZMABs)因其優(yōu)越的安全性和經(jīng)濟(jì)可行性而備受關(guān)注。目前，商業(yè)鋅箔是用于ZMABs的主要陽(yáng)極(負(fù)極)材料。然而，由于其較低的利用率和制備過(guò)程中固有的復(fù)雜性，使其在工業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用受到了許多的限制。因此，將鋅粉用作ZMABs的陽(yáng)極材料時(shí)，其成本效益、出色的可加工性和可調(diào)節(jié)的制備手段而備受研究者們和產(chǎn)業(yè)界的青睞。
 

材料的制備流程及其物理化學(xué)性質(zhì)表征
 

　　然而，與鋅箔相比，由于鋅粉的比表面積顯著增加，其固態(tài)球形實(shí)心結(jié)構(gòu)使得鋅陽(yáng)極更加復(fù)雜和難以操作。鋅粉陽(yáng)極由于長(zhǎng)時(shí)間的不均勻電鍍/剝離而容易出現(xiàn)不可控的電接觸損失，導(dǎo)致活性物質(zhì)從電極上分離，從而導(dǎo)致電池極化增加和庫(kù)侖效率降低。此外，由于鋅粉陽(yáng)極的楊氏模量低、離子傳輸阻抗高且在水系電解液中極易腐蝕，因此在ZMABs的循環(huán)過(guò)程中不僅容易發(fā)生枝晶生長(zhǎng)，而且極易發(fā)生析氫反應(yīng)和Zn-Mn在電極上的非均勻沉積。因此，開(kāi)發(fā)穩(wěn)定耐用的鋅粉陽(yáng)極對(duì)于提高ZMABs的循環(huán)性能、安全性能和使用壽命至關(guān)重要?；诖耍娮涌萍即髮W(xué)劉興泉教授團(tuán)隊(duì)采用高溫熔融滲鋅和液相還原二步策略構(gòu)建了一種鋅碳鉍三層高爾夫型復(fù)合鋅陽(yáng)極并將其用于高性能的鋅/錳水系電池。采用該方法不僅增強(qiáng)了鋅陽(yáng)極的可逆性，顯著抑制了鋅陽(yáng)極的腐蝕析氫反應(yīng)，而且還顯著延長(zhǎng)了該電池的循環(huán)壽命。
 

對(duì)稱(chēng)電池性能對(duì)比及其機(jī)理闡釋
 

　　由鋅碳鉍三層高爾夫型復(fù)合鋅負(fù)極與二氧化錳正極組裝的鋅錳全電池實(shí)現(xiàn)了超長(zhǎng)的循環(huán)壽命。在2 A·g?1的大電流密度條件下，經(jīng)過(guò)16000次循環(huán)后，電池的容量保持率仍為94.6%，預(yù)期壽命可能達(dá)到50000次以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了使用純鋅粉ZP//CNT@MnO2全電池的循環(huán)壽命。該結(jié)果達(dá)到目前公開(kāi)報(bào)道的國(guó)際領(lǐng)先水平。本研究提出的高溫熔融粉末滲鋅策略及鋅碳鉍復(fù)合鋅陽(yáng)極的合理設(shè)計(jì)為鋅錳水系電池的應(yīng)用提供了新的思路，為克服水系鋅錳電池的鋅枝晶和析氫反應(yīng)兩大痛點(diǎn)提出了新的解決辦法。
 

全電池性能對(duì)比及正極的儲(chǔ)能機(jī)理分析