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支春义团队EES.：空间位阻效应提升ZnO负极的电化学还原动力学！

来源：时间：2024-01-05 14:09:25 浏览：714次

第一作者：Shuo Yang、Ao Chen、Zijie Tang

通讯作者：支春义教授、Xiaoqi Wang

通讯单位：香港城市大学、中国石油勘探开发研究院（RIPED）

DOI: 10.1039/D3EE02164E

【研究背景】

锌（Zn）金属负极的寄生副反应和枝晶生长是限制锌离子电池（ZIBs）实际应用的两个主要问题，其中快速电化学动力学和缓慢传质之间的矛盾可能会在电极表面产生显著的浓度梯度，导致金属Zn的不均匀生长和电池短路。基于此，香港城市大学支春义教授等人通过将大分子（磷酸三丁酯）加入到电解质中，引入了一种具有空间位阻效应的修饰溶剂化结构。

【文章要点】

1、作者提出了一种新的方法，以稳定Zn负极在水溶液中，通过将大尺寸的TBP分子纳入电解质中。实验和理论研究表明，TBP分子成功地占据了Zn²⁺溶剂化壳，通过排除水分子形成了大的溶剂化结构，从而产生了空间位阻效应，调节了电化学还原动力学。电化学分析和扫描电镜观察表明，具有改性电化学还原动力学的TBP电解质能有效抑制Zn枝晶的生长，同时使镀Zn形态光滑、紧凑。

2、研究结果表明，即使在10 mA cm^-2和10 mAh cm^-2的恶劣循环条件下，也具有稳定的Zn沉积/剥离，平均库仑效率约为99.5%，累积容量为3000 mAh cm^-2。当与Mn²⁺膨胀水合五氧化二钒阴极偶联时，全电池表现出高面积容量（3.97 mAh cm^-2），并在650次循环后保持91.4%的高容量保留率。本工作通过构建大分子的空间位阻效应，可以显著提高Zn负极的循环性能和稳定性，从而为水溶液ZIBs的电解质设计提供新的思路。

【图文展示】

图1.波谱表征

图2.电化学性能表征

图3.结构表征

图4.电池性能表征

图5.CV曲线等电池性能表征

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