科研动态

海洋科学与工程学院史晓东&田新龙教授团队AFM:超声喷涂技术助力高性能水系锌离子电池

2024.01.24 10:57

近日,海洋科学与工程学院史晓东副研究员所在团队在材料领域Top期刊Advanced Functional Materials(IF=19.0)发表题为《Construction of robust organic-inorganic interface layer for dendrite-free and durable zinc metal anode》的研究论文。海南大学周传聪博士、曼彻斯特大学单路通博士为论文共同第一作者,海洋科学与工程学院史晓东副研究员、田新龙教授为论文共同通讯作者,海南大学海洋科学与工程学院为第一通讯单位。

水系锌离子电池具有资源储量丰富、低成本、高安全性等优势,是最具应用潜力的电化学储能器件之一。然而,锌金属负极与液态电解质相互作用诱发枝晶生长、析氢、腐蚀和钝化等问题,是制约水系锌离子电池发展的主要瓶颈。稳定锌金属负极的主要策略包括人工界面层修饰、三维集流体设计和电解液优化。其中,构建人工界面保护层,能够有效避免锌金属负极与电解液的正面接触,从而有效抑制界面副反应和锌枝晶的产生。然而,大多数人工界面层依然存在机械强度差、离子电导率低、稳定性差等问题,阻碍了该策略的实际应用

本文采用超声喷涂技术,在锌箔表面高效构筑了坚实牢固、均匀稳定的软水铝石/Nafion复合界面有效解决了锌枝晶生长和界面副反应问题。其中,软水铝石是一种具有二维层状结构的天然矿物质,其层间距为2.7 Å能够为锌离子扩散迁移提供快速通道;Nafion溶液具有较高粘附力,能够增强软水铝石/Nafion界面层的机械强度和耐腐蚀性。同时,软水铝石晶体结构中的羟基和Nafion分子结构中的磺酸基团均具有高阳离子选择性和亲水性赋予了软水铝石/Nafion复合界面优异的亲锌和亲水特性,增加了锌离子成核活性位点,降低了锌离子形核能垒,保证了均匀可逆的锌沉积/剥离行为。该工作预期能够////铝等金属负极的界面改性策略提供新思路,助力高安全性和长循环寿命二次电池体系的开发应用

该项工作得到了国家自然科学基金(52274297,52164028)、海南省院士创新平台(YSPTZX202315)、南海海洋资源利用国家重点实验室基金(MRUKF2021029)和海南大学高层次人才科研启动基金(KYQD(Z)-23069,20008)的支持。

文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202312696


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