无码精品人妻一区二区三区中,中文字幕在线观看亚洲视频,宝贝好紧好爽再搔一点试视频

東華大學武培怡/焦玉聰團隊 Angew：聚合物添加劑助力高利用率鋅金屬負極

2023-11-07 來源：高分子科技

鋅基儲能系統由于其固有的安全性、低成本以及鋅金屬負極(高理論容量、低氧化還原電位和豐富儲量)的優點，已被認為是電網規模儲能系統的合適候選者。然而，鋅金屬表面寄生副反應及枝晶生長嚴重限制了其循環壽命和穩定性。當進一步應用于高鋅利用率、低N/P比和間歇條件等實際場景時，副反應影響更加顯著，嚴重阻礙了鋅基儲能系統的商業化進程。構筑穩定的電極/電解質界面是一種有效抑制副反應的策略。然而，目前開發策略過程相對繁瑣，存在添加劑易分解導致副反應抑制不足的風險。因此，探索簡單有效的方法實現高利用率的鋅金屬負極具有重要意義。

東華大學焦玉聰研究員前期圍繞聚合物電解質結構設計以提高鋅基儲能系統性能領域開展了一系列工作：基于Hofmeister效應在電解質內構筑三元氫鍵，有效調節凝膠電解質在低溫下的機械性能和電化學性能（Adv. Mater. 2022, 34, 2110140）；設計聚合物酸凝膠電解質實現正極容量和循環穩定性的同步提高（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202215060）；設計磷酰膽堿兩性離子保護層防止水與鋅金屬的直接接觸抑制副反應（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202307271）；以及四價Zr⁴⁺離子交聯凝膠電解質通過靜電屏蔽效應實現無枝晶鋅金屬負極（Energy. Environ. Sci. 2023, 16, 4561-4571）等工作。

近期，東華大學化學與化工學院武培怡/焦玉聰團隊通過簡單共聚策略制備含兩性離子的聚合物添加劑（PMCNA）實現鋅金屬負極的高利用率。研究發現，將N-acryloyl glycinamide （NAGA）與2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine（MPC）共聚，NAGA的酰胺官能團與MPC的帶電基團之間的相互作用可以使PMCNA在Zn負極上具有良好的吸附行為以在循環過程中原位構建均勻穩定的保護層。該聚合物保護層可以防止活化的水分子與鋅負極的直接接觸，并調節鋅沿002平面成核和沉積，有效消除副反應和枝晶。基于PMCNA組裝的鋅鋅對稱電池在高Zn利用率（DOD: 90%）下可穩定運行超過420 h，組裝的Zn//PANI全電池在低N/P比（2.6）和高鋅利用率（51.3%）下仍可保證穩定循環。

圖1 BE，PMC和PMCNA調控電解液結構及鋅沉積行為示意圖

作者通過核磁及理論計算表明，PMCNA會優于水參與鋅離子溶劑化結構，調控雙電層（EDL）以抑制副反應。FTIR結果表明，通過MPC與NAGA共聚，聚合物鏈間相互作用改變，有利于調控聚合物在鋅金屬表面的吸附行為。SEM測試發現與BE和PMC相比，PMCNA可以在鋅表面形成更為均勻的保護層。XRD表明即使在PMCNA電解液中浸泡7天，鋅表面也無明顯副產物。XPS及EDLC的計算結果驗證了PMCNA在鋅表面吸附行為。In-situ EIS測試表明PMCNA在循環過程中可以在鋅負極表面形成穩定的界面層促進鋅離子進一步脫溶和遷移。

圖2 EDL結構調節表征

作者通過原位光學顯微鏡測試直觀驗證了PMCNA在鋅沉積過程中對副反應的抑制行為。通過對電化學沉積后鋅表面結構的表征，證明PMCNA可以引導鋅沿002晶面進行沉積。理論計算結果表明PMCNA與Zn(002)晶面具有高的結合能，可以誘導鋅在該晶面沉積。作者通過CA、Tafel及LSV測試表明PMCNA可以有效抑制鋅表面HER和OER副反應，以防止鋅金屬腐蝕。

圖3 鋅沉積行為及副反應抑制表征

基于PMCNA組裝的Zn//Cu電池可以實現穩定的循環（超過1800 h）及高的庫倫效率（99.4%）。組裝的Zn//Zn電池在1 mA cm^-2，1 mA h cm^-2運行壽命超過4500 h（鋅片厚度：22 μm）。在38.8%及90%高DOD下運行壽命分別超過1000 h和420 h。在間歇甚至擱置10天后，Zn//Zn電池還能穩定運行800 h以上，展現出高的實際應用潛力。

圖4 Zn/Zn²⁺可逆性表征

得益于PMCNA良好的副反應及枝晶抑制能力，基于PMCNA組裝的Zn//PANI全電池和Zn//AC超級電容器展現出超長的循環壽命。組裝的Zn//PANI電池即使在低N/P比及高鋅利用率下仍然表現出優異的循環能力，進一步證實PMCNA的實際應用潛力。

圖5 Zn//PANI和Zn//AC性能表征

以上研究成果近期以“Guiding Zn Uniform Deposition with Polymer Additives for Long-lasting and Highly Utilized Zn Metal Anodes”為題，發表在《Angewandte Chemie International Edition》(Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202314456)上。東華大學化學與化工學院博士研究生馮豆豆為文章第一作者，焦玉聰研究員和武培怡教授為論文共同通訊作者。

該研究工作得到了中央高校基本科研業務費專項資金和國家自然科學基金的資助與支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202314456

版權與免責聲明：中國聚合物網原創文章。刊物或媒體如需轉載，請聯系郵箱：info@polymer.cn，并請注明出處。

（責任編輯：xu）

【大中小】【打印】【關閉】

誠邀關注高分子科技

更多>>最新資訊

更多>>科教新聞

私密直播全婐app免费大渔直播,国产av成人无码免费视频,男女同房做爰全过程高潮,国产精品自产拍在线观看

誠邀關注高分子科技