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首页-风暴-「ISO认证平台」

2023-01-07 08:55:37 yqs888 7

首页-风暴-「ISO认证平台」报道,无锌阳极抑制锌枝晶形成和调节高容量锌电池的研究备受推崇,但也极具挑战性。在此,中国科学技术大学陈维教授团队设计了一个稳健的二维锑/锑锌合金异质结构界面来调节锌的电镀。得益于Sb/Sb2Zn3异质结构界面在Zn电镀过程中具有较强的吸附和均匀的电场分布,Zn阳极具有200 mAh cm-2的超高面积容量,过电位为112 mV,库仑效率为98.5%。使用Sb/Sb2Zn3异质结构界面@Cu阳极的无阳极Zn-Br2电池显示出具有吸引力的能量密度为274 Wh kg-1,软包电池能量密度为62 Wh kg-1。放大Zn-Br2电池在500 mAh的容量下表现出超过400个稳定循环。此外,能量为9 Wh (6 V, 1.5 Ah)的Zn-Br2电池模块与光伏板集成,以展示实用的可再生能源存储能力。本文卓越的无阳极锌电池通过异质结构界面实现,为大规模储能应用开辟了舞台。

图文速递


图1:无阳极锌电沉积机理研究

风暴平台


a Zn和Sb/Sb2Zn3-HI@Cu基底上Zn电沉积示意图(HI为异质结构界面)。b Zn电沉积在Zn、Cu和Sb@Cu基底上的成核势垒,在2 M ZnBr2中电荷电流密度为3 mA cm-2。c 不同容量下Zn在Sb@Cu上电沉积和溶出的XRD图谱。d 不同容量的Sb@Cu基体上镀锌Zn 2p的XPS谱。e Sb2Zn3-HI@Cu阳极的HRTEM图像。f Sb2Zn3-HI@Cu阳极中Zn和Sb的EDS映射。HRTEM和EDS测量样品是通过在Sb@Cu衬底上镀0.2 mAh Zn制备的。图1b所示的恒流电沉积是在室温(25℃)下进行的。


图2:DFT计算和COMSOL模拟

风暴平台


a Zn原子在Zn(100)和Sb(104)晶面上的吸附能。b Zn(100)和c Sb(104)电荷密度差的理论计算模型。d 模拟Zn基板上镀锌的电流密度分布。e 模拟Sb/Sb2Zn3-HI@Cu基板上镀锌的电流密度分布。模拟过程在室温(25℃)下进行。


图3:不同容量Zn和Sb@Cu基底上Zn电沉积的微观结构

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Zn电沉积在Zn基板上,面积容量为a 1 mAh cm-2,b 10 mAh cm-2,c 50 mAh cm-2。Zn电沉积在Sb@Cu基板上,面积容量为d 1 mAh cm-2,e 10 mAh cm-2,f 50 mAh cm-2。g 容量为10 mAh cm-2时的Sb@Cu上Zn电沉积的截面SEM图像和相应的EDS映射图。


图4:Zn|Zn和Zn|Sb@Cu半电池的电化学性能

风暴平台


a 在面积容量为10 mAh cm-2和电流密度为20 mA cm-2的条件下测试的半电池的循环性能,其中不对称Zn|Sb@Cu电池被设置为0.5 V vs. Zn2+/Zn的截止电压。b 不同周期电压与容量曲线。c Zn|Sb@Cu半电池在面容量为10 mAh cm-2,电流密度为10至200 mA cm-2时的速率容量,其中截止电压设置为1-16 C时0.5 V vs. Zn2+/Zn, 20 C时0.8 V vs. Zn2+/Zn。d 在面积容量为10 mAh cm-2,电流密度为20 mA cm-2的半电池中循环50次后Zn和Sb@Cu基板的SEM图像。e Zn|Sb@Cu半电池的循环性能,其面容量为50 mAh cm-2,电流密度为50 mA cm-2,截止电压为0.5 V vs. Zn2+/Zn。电化学测量在室温(25℃)下进行。


无锌阳极抑制锌枝晶形成和调节高容量锌电池的研究备受推崇,但也极具挑战性。在此,中国科学技术大学陈维教授团队设计了一个稳健的二维锑/锑锌合金异质结构界面来调节锌的电镀。得益于Sb/Sb2Zn3异质结构界面在Zn电镀过程中具有较强的吸附和均匀的电场分布,Zn阳极具有200 mAh cm-2的超高面积容量,过电位为112 mV,库仑效率为98.5%。使用Sb/Sb2Zn3异质结构界面@Cu阳极的无阳极Zn-Br2电池显示出具有吸引力的能量密度为274 Wh kg-1,软包电池能量密度为62 Wh kg-1。放大Zn-Br2电池在500 mAh的容量下表现出超过400个稳定循环。此外,能量为9 Wh (6 V, 1.5 Ah)的Zn-Br2电池模块与光伏板集成,以展示实用的可再生能源存储能力。本文卓越的无阳极锌电池通过异质结构界面实现,为大规模储能应用开辟了舞台。

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图1:无阳极锌电沉积机理研究

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a Zn和Sb/Sb2Zn3-HI@Cu基底上Zn电沉积示意图(HI为异质结构界面)。b Zn电沉积在Zn、Cu和Sb@Cu基底上的成核势垒,在2 M ZnBr2中电荷电流密度为3 mA cm-2。c 不同容量下Zn在Sb@Cu上电沉积和溶出的XRD图谱。d 不同容量的Sb@Cu基体上镀锌Zn 2p的XPS谱。e Sb2Zn3-HI@Cu阳极的HRTEM图像。f Sb2Zn3-HI@Cu阳极中Zn和Sb的EDS映射。HRTEM和EDS测量样品是通过在Sb@Cu衬底上镀0.2 mAh Zn制备的。图1b所示的恒流电沉积是在室温(25℃)下进行的。


图2:DFT计算和COMSOL模拟

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a Zn原子在Zn(100)和Sb(104)晶面上的吸附能。b Zn(100)和c Sb(104)电荷密度差的理论计算模型。d 模拟Zn基板上镀锌的电流密度分布。e 模拟Sb/Sb2Zn3-HI@Cu基板上镀锌的电流密度分布。模拟过程在室温(25℃)下进行。


图3:不同容量Zn和Sb@Cu基底上Zn电沉积的微观结构

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Zn电沉积在Zn基板上,面积容量为a 1 mAh cm-2,b 10 mAh cm-2,c 50 mAh cm-2。Zn电沉积在Sb@Cu基板上,面积容量为d 1 mAh cm-2,e 10 mAh cm-2,f 50 mAh cm-2。g 容量为10 mAh cm-2时的Sb@Cu上Zn电沉积的截面SEM图像和相应的EDS映射图。


图4:Zn|Zn和Zn|Sb@Cu半电池的电化学性能

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a 在面积容量为10 mAh cm-2和电流密度为20 mA cm-2的条件下测试的半电池的循环性能,其中不对称Zn|Sb@Cu电池被设置为0.5 V vs. Zn2+/Zn的截止电压。b 不同周期电压与容量曲线。c Zn|Sb@Cu半电池在面容量为10 mAh cm-2,电流密度为10至200 mA cm-2时的速率容量,其中截止电压设置为1-16 C时0.5 V vs. Zn2+/Zn, 20 C时0.8 V vs. Zn2+/Zn。d 在面积容量为10 mAh cm-2,电流密度为20 mA cm-2的半电池中循环50次后Zn和Sb@Cu基板的SEM图像。e Zn|Sb@Cu半电池的循环性能,其面容量为50 mAh cm-2,电流密度为50 mA cm-2,截止电压为0.5 V vs. Zn2+/Zn。电化学测量在室温(25℃)下进行。



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