水系鋅金屬電池因其低成本、高安全性和環(huán)保特性，被認為是未來儲能領域的重要解決方案。然而，鋅負極的不穩(wěn)定性限制了其長期循環(huán)性能和實際應用。近日，吉林大學物理學院王義展教授課題組在水系鋅離子電池研究方面取得新進展。相關研究成果發(fā)表在《Energy&Environmental Science》上。
研究表明，鋅負極在沉積過程中易受析氫反應（HER）的影響，導致能量效率降低和電極腐蝕。此外，界面水層的存在進一步加劇了副反應的發(fā)生，影響鋅離子的均勻沉積。為解決這一關鍵問題，該研究提出了一種基于超薄、疏水且鋅離子選擇性的納米膜的新策略，以消除界面水層，提升鋅負極的穩(wěn)定性。
該研究構(gòu)建了由雙十八烷基二甲基銨（DODA）和普魯士藍（FeHCF）組成的納米膜。DODA賦予膜層優(yōu)異的疏水性能，有效阻斷水分子滲透，而FeHCF的三維框架結(jié)構(gòu)和氧化還原活性鐵中心則充當法拉第離子泵，促進鋅離子高效傳輸。FeHCF納米膜顯著降低界面處的水分含量，減少析氫副反應，提高鋅負極的庫侖效率。
研究人員通過H型容器擴散實驗發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)eHCF納米膜的水滲透率相比未修飾的PP隔膜降低了一個數(shù)量級。在5mA/cm2的電流密度下，鋅負極可穩(wěn)定循環(huán)超過10000次，庫侖效率高達99.91%。FeHCF納米膜顯著促進了鋅離子的均勻沉積和剝離，從而提升了鋅負極的整體性能和循環(huán)壽命。
在實際電池測試中，該納米膜顯著提升了全電池的性能，容量保持率遠高于裸鋅電池。此外，在極端工況下該電池實現(xiàn)了65000次超長循環(huán)壽命。這項研究為水系鋅電池的長期穩(wěn)定運行提供了新的界面調(diào)控策略。通過消除界面水層并優(yōu)化Zn2?傳輸，F(xiàn)eHCF納米膜不僅有效提高了電池的循環(huán)壽命，還為將來可能的儲能應用提供了可靠的技術支撐。
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