摘要
水系锌离子电池具有安全性高、价格低廉、环境友好、电池组装简单等优点，是一类非常有前途的新型电化学储能系统。然而，锌负极循环过程中容易出现枝晶生长、钝化、腐蚀和析氢等问题导致库伦效率低、循环和倍率性能差，严重阻碍了电池性能的进一步提升和实际应用。针对上述问题，本文通过在锌负极表面制备 Sn/In 金属修饰层的方法保护锌负极，使电极性能得到了大幅度提升。 首先，通过固相反应法在 Zn 表面制备 Sn 修饰层。Sn 修饰后的 Zn 负极（Zn-Sn）提高了界面浸润性，降低了界面阻抗，加快了 Zn2+在界面的传输速率。Sn 的高析氢过电位降低了腐蚀反应速率，抑制了副产物的生长，同时 Zn-Sn 负极能够引导锌的均匀沉积，减缓枝晶生长。Zn-Sn 负极组装的半电池在 1 mA cm-2，1 mAh cm-2的条件下平均库伦效率达 94.7%；Zn-Sn 对称电池在 1 mA cm-2，0.5 mAh cm-2的条件下可稳定循环超 1000 h，极化电压小于 40 mV，在 5 mA cm-2，1 mAh cm-2时，仍可稳定循环超过 400 h。Zn-Sn 负极组装的全电池在 1 A g-1的电流密度下，循环700 次后的可逆放电比容量为 125.181 mAh g-1，容量保持率为 93.23%，库伦效率为 99.59%，表明 Sn 修饰层在延长锌负极的循环寿命和提高循环稳定性方面发挥了重要作用。 为简化制备过程，降低制备成本，向 ZnSO4 电解液直接加入 InCl3 添加剂在Zn 表面原位制备 In 修饰层得到 Zn-In 负极。实验结果表明，InCl3的加入提高了电解液的离子导电率，降低了界面阻抗，且 Zn-In 负极可促进 Zn（002）晶面的生长，Zn-In 负极组装的半电池在 1 mA cm-2，0.5 mAh cm-2 下平均库伦效率达 96.81%；对称电池在 1 mA cm-2amp;0.5 mAh cm-2下，稳定循环超过 1000 h，极化电压仅为 30mV，在 5 mA cm-2，1 mAh cm-2时，仍可稳定循环超过 1000 h，大幅度提高了 Zn负极的循环寿命，组装的全电池具有良好的倍率性能。
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