亲锌聚阴离子交联聚合物薄膜与铜刻蚀协同稳定锌负极

作     者：郝再涛 赵健飞 李慧同 李展 潘朗 李江 Hao Zaitao;Zhao Jianfei;Li Huitong;Li Zhan;Pan Lang;Li Jiang

作者机构：长安大学材料科学与工程学院西安710061 

基　　金：国家自然科学基金(No.22008011) 国家级大学生创新创业训练计划项目(No.S202310710274) 陕西省化学与生物学基础科学研究项目(No.22JHQ024)资助 

出 版 物：《化学学报》 (Acta Chimica Sinica)

年 卷 期：2024年第82卷第4期

页      码：416-425页

摘      要：可充电水系锌基电池具有高容量、高能量密度、低氧化还原电位、低成本、安全性好等优点,被认为是一种可替代的能源存储器件.然而,在镀锌/剥离过程中,锌金属负极不可控的枝晶生长和复杂的副反应极大地降低了库伦效率,其可逆性较差,阻碍锌基电池的实际应用.在此,开发了一种简单、可控且有效的方法,首先利用电化学沉积法在锌箔上沉积了一种由聚苯乙烯磺酸钠(PSS)与氯化锌反应得到孔道丰富的聚阴离子交联聚合物薄膜(记为PZ,其中P代表PSS、Z代表ZnCl_(2)),然后再利用置换反应引入亲锌的化学惰性金属铜,得到亲锌聚阴离子交联聚合物与铜刻蚀保护层(记为PZC,其中C代表Cu).PZC@Zn具有丰富的磺酸根官能团促进[Zn(H_(2)O)_(6)]^(2+)脱溶,提高Zn^(2+)界面传输速率,排斥SO_(4)^(2−)与锌负极接触.通过重建铜刻蚀层,铜的高亲锌性促进了沉积动力学,铜的化学惰性抑制了副反应的发生.结果表明,在5 mA•cm^(−2)的高电流密度下,PZC@Zn//PZC@Zn对称电池寿命高达4055 h(比裸锌对称电池提高了31倍),累积电镀容量达到10.14 Ah•cm^(−2),Ti//PZC@Zn半电池库伦效率(CE)为98.28%,可以实现稳定且可逆的镀锌/剥离.YP-50F//PZC@Zn锌离子混合超级电容器在2 A•g^(−1)下稳定循环15000次,放电比容量高达82.35 mAh•g^(−1).α-MnO_(2)//PZC@Zn水系锌离子电池在1 A•g^(−1)下循环2000次后放电比容量高达103.57 mAh•g^(−1),CE为99.58%.这项工作为设计先进的无枝晶锌金属负极提供了一种新方法.

主 题 词：电化学沉积 薄膜 铜刻蚀 脱溶 无枝晶锌负极 

学科分类：0808[工学-自动化类] 081704[081704] 08[工学] 0817[工学-轻工类] 0703[理学-化学类] 

核心收录：

D　O　I：10.6023/A24010006

馆 藏 号：203127544...