近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院陳維教授課題組在國際期刊Nature Communications發(fā)表了題為“Constructing robust interfaceforanode-free zinc batteries with ultrahigh capacities”的研究型論文。論文中設(shè)計了一種穩(wěn)定的金屬/金屬-鋅合金異質(zhì)結(jié)界面層，實現(xiàn)了大面容量（200mAh/cm2）下無鋅枝晶的穩(wěn)定沉積和溶解反應(yīng)以及高達(dá)274Wh/kg的鋅溴電池能量密度。另外，大容量鋅溴電池展示出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，電池模組與光伏面板集成展示了其對可再生能源的存儲能力。

水系鋅電池具有低成本、長壽命、高安全的特點，是下一代大規(guī)模儲能電池技術(shù)最有力的競爭者。然而鋅電池面臨一系列的問題，嚴(yán)重影響了其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程：

1）鋅負(fù)極存在不可控的副反應(yīng)如枝晶生長、析氫等，限制了電池的循環(huán)壽命；

2）鋅電池中過高的正負(fù)極比和較低的面容量降低了電池的能量密度；

3）缺乏對Ah級大容量電池的性能研究及其在儲能系統(tǒng)中的應(yīng)用探索。

該論文設(shè)計了一種二維銻/銻鋅合金（Sb/Sb2Zn3）異質(zhì)結(jié)界面層用于穩(wěn)定鋅在大面容量下的沉積/溶解。Sb/Sb2Zn3異質(zhì)結(jié)界面在鋅沉積過程中表現(xiàn)出對鋅原子較強(qiáng)的吸附性及均勻的電場分布，從而實現(xiàn)了200 mAh/cm2超高面容量下無枝晶的鋅沉積/溶解。

此外，使用Sb/Sb2Zn3異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面修飾的無鋅負(fù)極與溴正極結(jié)合裝配成了無負(fù)極鋅溴電池，顯示出274Wh/kg的理論能量密度以及62Wh/kg的實際能量密度。容量為500毫安時的大容量鋅溴電池表現(xiàn)出超過400次的穩(wěn)定循環(huán)。進(jìn)一步放大到1.5Ah的電池在不同的串并聯(lián)形式下均表現(xiàn)出優(yōu)異的放電電壓和效率。

本論文通過設(shè)計金屬/金屬鋅合金異質(zhì)結(jié)界面獲得了具有優(yōu)異性能的無負(fù)極鋅溴電池，這將為鋅電池在大規(guī)模儲能中的應(yīng)用開辟新的道路。

來源：北極星儲能網(wǎng)