Batteries & Supercaps:OP-10添加剂调控锌水平生长实现无枝晶水系锌离子电池

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水系锌离子电池具有绿色环保、安全可靠等优势,有望用于大规模储能。但在其充放电过程中锌负极存在枝晶生长和产生不可逆副产物(如H2、ZnO、Zn4(OH)6SO4)等问题,导致库仑效率较低,缩短了电池的循环寿命,限制其实际应用。近日,南开大学先进能源材料化学教育部重点实验室陶占良教授课题组将辛烯基酚聚氧乙烯醚-10 (OP-10)引入ZnSO4电解液,通过控制锌的生长方向,抑制了枝晶生长和不可逆副产物产生等问题。


实验结果表明,OP-10中大量含氧亲锌基团易吸附在锌负极表面,增加了成核位点,锌离子的沉积和生长趋向于锌的(002)晶面,而具有(002)晶面优选的表面可诱导锌沉积倾向于水平方向,沿着平行于金属锌基底方向生长,在锌负极表面的沉积更加均匀,大大减少了枝晶生长和副产物的产生。在ZnSO4电解液中加入极低量(0.1 wt %)的OP-10就可以提高水系锌离子电池的各项性能。含OP-10添加剂(0.1 wt %)的ZnSO4电解液组装的Zn//Zn对称电池在1mA cm-2和1mAh cm-2条件下循环寿命超过800小时,Zn//Cu半电池在1mA cm-2和1mAh cm-2条件下库仑效率高达99.8%,Zn// V2O5·1.6H2O全电池在10C条件下循环1000圈,容量保持率为92.1%,远优于纯的ZnSO4电解液。


此外,OP-10添加剂最适宜的用量为0.1 wt %,低于以往报道的大多数添加剂。节约成本的同时增加了电池的能量密度,更符合电解液添加剂“小剂量,大功效”的改性思路。

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文信息

Controlling Horizontal Growth of Zinc Platelet by OP-10 Additive for Dendrite-Free Aqueous Zinc-Ion Batteries

Dong Han, Tianjiang Sun, Haihui Du, Qiaoran Wang, Shibing Zheng, Tao Ma, Prof. Zhanliang Tao


Batteries&Supercaps

DOI: 10.1002/batt.202200219


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