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Angew. Chem.: 明礬電解質添加劑助力高性能水系鋅-釩電池正負極協同調控2025-01-21
水系鋅離子電池(AZIBs)因其安全性高和成本低的特點,在大規模儲能領域具有廣泛的應用潛力。在眾多AZIBs中,水系鋅釩電池具有相對較好的循環穩定性和能量密度,已被認為是具有商業前景的AZIBs。

然而,由于正極和負極的不穩定性,Zn || VOx電池面臨著多重挑戰。在負極方面,活性鋅金屬在弱酸性水系電解液中會受到化學/電化學腐蝕和析氫反應的困擾。而釩基正極在弱酸性水系電解質中容易溶解,導致Zn || VOx全電池容量下降。上述問題嚴重阻礙了AZIBs的實際應用。

近日,南開大學的陳軍院士、嚴振華副研究員和福建師范大學的曾令興教授聯合研究,提出一種多功能明礬電解質添加劑,以同步在Zn負極和VOx正極表面原位構建保護層,進而獲得穩定高性能的水系鋅釩電池,這項研究為一步解決負極和正極問題提供了一種實用策略。

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本工作提出了一種多功能添加劑明礬(KAl(SO4)2,KASO),如圖1所示,通過電化學循環在負極/正極處原位構建兩極保護層,以提高金屬Zn和VOx材料的電化學穩定性,最終獲得高性能的水系鋅釩電池。

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加入明礬后,在負極側,K+在Zn負極形成陽離子靜電屏蔽層,調節Zn2+的沉積行為,Al3+沉積在Zn負極表面,形成Zn-Al合金,原位形成的鋅鋁合金層可作為屏障層以隔絕溶劑分子和陰離子與負極的接觸。與此同時,該合金層具有均勻的電場分布,降低Zn2+的成核勢壘,使Zn2+均勻沉積,減緩樹枝狀突起的生長。

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在正極側,KASO的引入誘導形成不溶性的含鋁正極-電解質界面(CEI),大大緩解了VOx正極的不可逆溶解和副產物的積累,從而緩解了Zn||VOx電池在硫酸鋅電解質中的容量衰減。

這項工作介紹了一種簡單的電解質添加劑策略,實現同時解決正極和負極兩側的不穩定性難題,展現出良好的實際應用潛力,為開發具有成本效益的鋅基電池提供了新思路。

文信息

Synergistic Regulation of Anode and Cathode Interphases via an Alum Electrolyte Additive for High-performance Aqueous Zinc-Vanadium Batteries

Lingjun He, Chuyuan Lin, Lingxing Zeng, Fuyu Xiao, Hui Lin, Peixun Xiong, Qingrong Qian, Qinghua Chen, Zhenhua Yan, Jun Chen

Angewandte Chemie International Edition

DOI:?10.1002/anie.202415078

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