北京那个医院治疗白癜风好呢 https://jbk.39.net/yiyuanfengcai/lx_bjzkbdfyy/第二届全国先进电池智能制造与设计会议第二轮通知
背景介绍
水系锌电池具有较高的能量密度(mAhg-1)和与水的相容性。但是由于水的消耗和锌枝晶生长导致库伦效率不理想。在锌沉积过程中，溶剂化的锌离子和外围水壳层之间有强烈库伦相互作用，促进了水还原反应。由于析氢造成的pH值增加进一步加剧了锌负极表面钝化层的形成，导致枝晶生长和水的持续消耗。而能够传导锌离子的憎锌SEI层可以有效组织水还原和锌枝晶生长。然而电解质如何影响锌负极表面SEI的形成仍然有待研究。目前碳酸钙、石墨烯、锡、聚胺形成人造SEI抑制水分解，但是它们不可自修复，会逐渐丧失功能。因此如何原位形成具有高锌离子电导率，低电子电导，高憎锌的SEI实现低温下高库伦效率，快反应动力学还是一个挑战。
成果简介
近日，马里兰大学的王春生教授使用7.6m的共晶ZnCl2水系电解质和0.05m的SnCl2添加剂，原位形成亲锌/疏锌Sn/Zn5(OH)8Cl2H2O双层界面（图1）。亲锌Sn降低了镀锌剥离过电位，促进了镀锌均匀性，而疏锌Zn5(OH)8Cl2H2O表层抑制了锌枝晶的生长。共晶电解质溶剂化的Zn2+和Cl-使氢键网络发生扭曲，在-70℃具有~0.8mScm-1的高离子电导率。组装的Zn
Ti半电池在3mAcm-2电流密度下稳定循环h。锌
VOPO4全电池在-50℃下可维持95%的容量，CE值为99.9%。相关成果发表在Angew.Chem.Int.Ed.上。
电解质和电极的界面结构示意图
研究亮点
1）亲Zn的Sn层降低了镀锌过电位，而Zn5(OH)8Cl2H2O疏锌表层则有效抑制了Zn枝晶的生长。Zn∣Ti半电池在次循环中库仑效率大于99.7%，Zn对称电池在3mAcm-2下可循环h。
2）溶剂化的Zn2+和Cl-扭曲氢键网络，使得该共晶电解质在-70℃时具有0.8mScm-1的高离子电导率。
图文导读
ZnCl2的物理性质。（a）离子电导率。（b）X射线近边吸收谱。（c）傅里叶变换扩展X射线吸收谱。（d）核磁共振。（e）拉曼光谱。（f）羟基伸缩带拉曼光谱。
图2a是水系电解液在不同温度-70到70度的离子电导率。图2b显示不同浓度的氯化锌具有不同的边界能，表明锌离子有不同的溶剂化结构。图2c说明电解质中有序的物种被限制在第一壳层中，对应于图中第一个和最强的峰。图2d峰的偏移说明锌离子溶剂化强度随浓度增加而增加。图2e显示伸缩振动随氯化锌摩尔分数变化。图2f显示氯化锌能扰乱氢键。
（a）5mV/s扫速下的循环伏安图，Ti为工作电极。（b）循环后Zn的XRD图。（c）原子结构和表界面能。（d）Zn对称电池充放电曲线，电流密度3mA/cm2。（e）充放电曲线。（f）库伦效率。图3a表明Sn在Zn之前沉积。图3b说明Sn层促进Zn的均匀沉积和致密SEI生成。图3c说明SEI层高度憎锌，能抑制枝晶。图3d说明采用氯化锌-氯化锡电解液组装的锌对称电池能在3mA/cm2的电流密度下稳定循环h，而采用1m氯化锌电解液的电池在循环h后就出现了短路，7.6m氯化锌对照电解液在循环h后过电位出现波动，循环h后出现短路。图3e和3f电解液小的过电位和高库伦效率。（a-c）1m氯化锌电解液，（d-f）ZnCl2-SnCl2电解液循环50圈后锌的SEM图。（g，h）ZnCl2-SnCl2电解液的锌电极EDS面扫。（i）采用氯化锌电解液的锌电极计时电流图。图4a-c和图4d-f对比说明新电解液更能抑制锌枝晶生长。循环50圈后采用1m氯化锌电解液的锌电极表面出现14.8微米厚的多孔枝晶层，对应于低库伦效率（~92%）和差的循环稳定性。而采用氯化锌-氯化锡电解液的锌负极表面没有明显枝晶产生，厚度仅仅增加了8.9微米。图4g，h说明Zn和Sn分布均匀。图4i电流密度下降说明有效表面积的迅速增加，对应于纯氯化锌电解液中枝晶的大量生长。不同物种在锌表面的结构变化。（a）锌离子的最初吸附（b）Zn-Cl-Zn的形成和与水分子的作用。（c）氢氧根连接两个锌原子。（d-f）物种在Zn表面的不断结合。（g，h）Zn-Cl键的能量。（i）H-O半径分布函数。（j）Cl-H和（k）Zn-O在-70度的半径分布函数。图5a显示锌离子快速脱离氯化锌分子沉积，氯化锌分子与吸附的锌作用形成Zn-Cl-Zn复合物。图5b显示水分子和Zn-Cl-Zn溶剂化。图5c显示一些氢氧根吸附在锌表面连接相邻锌原子。图5d-f显示了Zn-Cl键是共价的，图5g-h显示键能在-0.49到-1.80eV之间。图5i显示H-O可以描述水和氯化锌的相互作用。第一个峰代表氢键数目，在氯化锌中氢键减少。图5j说明每个Cl原子形成2.5个氢键。图5k说明Zn和水之间有强烈相互作用。VOPO4
Zn电池的电化学性能。（a）1m氯化锌和（b）7.6m氯化锌-0.05m氯化锡电解质的充放电曲线。（c）-50度下VOPO4
Zn电池的循环性能。图6a-b显示在低温下氯化锌-氯化锡电解质的容量发挥更好。这是因为氯化锌电解液在低温下的离子电导率下降严重。图6c显示采用氯化锌-氯化锡电解质的VOPO4
Zn电池在低温下循环全后容量保持率超过95%。
总结和展望
使用7.6m的共晶ZnCl2水系电解质和0.05m的SnCl2添加剂，原位形成双层亲锌/疏锌界面。1、底层亲锌Sn锚定沉积的锌，抑制氢气析出并促进形成疏锌的Zn5(OH)8Cl2H2O表面SEI层；2、表面Zn5(OH)8Cl2H2O层具有平滑形貌，能促进锌离子扩散，抑制枝晶生长。3、共晶复合物的熔点显著降低，并且由于优化的载流子密度，溶剂化的锌离子和氯离子使氢键网络发生扭曲，共晶电解质在低温下具有高离子电导率。在实际应用中，锌
VOPO4电池在-70℃到20℃下具有良好循环性能。
参考文献
LongshengCao,etal,HighlyreversibleaqueousZnbatteriesenabledbyzincophilic-zincophobicinterfaciallayerandinterruptedhydrogenbondelectrolyte,Angew.Chem.Int.Ed.,.DOI:10./anie.07378
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