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西安交大研究人員在水系鋅離子電池領(lǐng)域取得重要突破

研發(fā)快訊 2025年03月17日 13:08:51來(lái)源:西安交通大學(xué) 981
摘要西安交通大學(xué)丁書(shū)江教授團(tuán)隊(duì)首次揭示了濃差極化是造成極端條件下鋅負(fù)極失效的核心因素之一。通過(guò)原位數(shù)字全息觀察到,在高電流密度條件下,裸Zn負(fù)極界面Zn²?濃度迅速下降,導(dǎo)致嚴(yán)重的濃差極化。

  【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】在全球向可持續(xù)能源轉(zhuǎn)型的背景下,鋅金屬電池(ZMBs)因其高安全性、低成本和環(huán)境友好性,被視為下一代儲(chǔ)能技術(shù)的重要候選。然而,高電流密度(> 10 mA cm?²)、高面容量(> 10 mAh cm?²)和高放電深度(DOD > 65%)的極端條件下,鋅負(fù)極面臨嚴(yán)重的界面不穩(wěn)定性,導(dǎo)致壽命短、效率低,限制了其實(shí)際應(yīng)用。
 
  針對(duì)這一問(wèn)題,西安交通大學(xué)丁書(shū)江教授團(tuán)隊(duì)首次揭示了濃差極化是造成極端條件下鋅負(fù)極失效的核心因素之一。通過(guò)原位數(shù)字全息觀察到,在高電流密度條件下,裸Zn負(fù)極界面Zn²?濃度迅速下降,導(dǎo)致嚴(yán)重的濃差極化。針對(duì)這一挑戰(zhàn),團(tuán)隊(duì)提出納米流體細(xì)菌纖維素(BC)界面修飾策略,通過(guò)自驅(qū)動(dòng)離子富集機(jī)制(self-driven ion enrichment),實(shí)現(xiàn)Zn²?通量的精準(zhǔn)調(diào)控,消除濃差極化,改善電極界面離子輸運(yùn)的非線性行為;谠摬呗裕珺C@Zn負(fù)極在100 mA cm?², 100 mAh cm?²,DOD=90.91%及40 mA cm?², 40 mAh cm?²,DOD=75.97%的極端條件下分別穩(wěn)定循環(huán)490、1573小時(shí),最高累積容量達(dá)62.92 Ah cm?²,遠(yuǎn)超現(xiàn)有報(bào)道。此外,BC@Zn//I?安時(shí)級(jí)軟包穩(wěn)定循環(huán)超350圈,容量保持率達(dá)91.78%。該策略為高性能鋅金屬電池(ZMBs)的商業(yè)化提供了有效解決方案。
 
  近日,該研究成果以“Elimination of Concentration Polarization Under Ultra-High Current Density Zinc Deposition by Nanofluid Self-Driven Ion Enrichment”(納米流體自驅(qū)動(dòng)離子富集消除超高電流密度鋅沉積下的濃度極化)為題發(fā)表在國(guó)際材料領(lǐng)域權(quán)威期刊Advanced Materials(《先進(jìn)材料》)上,西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院是論文的唯一通訊單位,論文第一作者為西安交通大學(xué)博士生高娜,通訊作者為西安交通大學(xué)丁書(shū)江教授、高國(guó)新副教授和趙洪洋副教授。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、陜西省高校聯(lián)合重點(diǎn)項(xiàng)目和陜西省秦創(chuàng)原創(chuàng)新人才計(jì)劃項(xiàng)目的資助,論文的表征及測(cè)試得到了西安交通大學(xué)分析測(cè)試共享中心和國(guó)家儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái)(中心)的支持。

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