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我科學(xué)家提出提升水系鋅離子電池壽命與性能新策略

為電池開出“長壽秘方”

2024年08月26日08:19 | 來源:光明日報
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原標(biāo)題:為電池開出“長壽秘方”

新型水系鋅離子電池憑借比容量高、安全性好等特點,有望成為新一代電化學(xué)儲能系統(tǒng)。然而,水系鋅離子電池的枝晶生長是其實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一。日前,中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所能源材料與器件制造研究部胡林華研究員團(tuán)隊提出一種全新策略,可以極大提升水系鋅離子電池充放電可逆性和循環(huán)穩(wěn)定性能。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際期刊《儲能材料》上。

據(jù)研究人員介紹,枝晶是以樹枝狀形式生長的晶體,如同冬天裡尖銳的冰錐,不僅“攻擊性”強(qiáng),還可能刺穿電池的“心臟”,使得正負(fù)極導(dǎo)通,引發(fā)電池短路失效。鋅離子電池的枝晶生長主要發(fā)生在鋅負(fù)極上,電池充放電時間越久,形成枝晶概率越大,因此控制枝晶生長是延長電池壽命的關(guān)鍵因素。

研究人員利用一種名為“最高佔據(jù)分子軌道能級”的分子特性,篩選出能夠穩(wěn)定鋅負(fù)極用的非犧牲性陰離子型表面活性劑作為電解液添加劑,以此抑制鋅枝晶的生長。

結(jié)合理論計算和實驗研究,研究人員發(fā)現(xiàn),使用十二烷基苯磺酸鈉作為添加劑能夠滿足“保護(hù)劑”的要求。這種化學(xué)物質(zhì)是工業(yè)上廣泛應(yīng)用的清潔劑、乳化劑等,還是日常生活中洗衣粉、洗潔精的主要去污成分之一。在實驗中,該添加劑的使用顯著提升了電池循環(huán)特性,穩(wěn)定性(電池循環(huán)次數(shù))提升了30倍,平均庫倫效率(鋅沉積/剝離的可逆性)也達(dá)到了98.15%。

這項研究成果如同為水系鋅離子電池開出了“長壽秘方”,極大延長了電池壽命,提高了電池性能,不僅為水系鋅離子電池發(fā)展開辟了新道路,也為其他電池中金屬負(fù)極穩(wěn)定化提供了新思路。(記者丁一鳴)

(責(zé)編:李昉、孫競)

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