青岛科技大学学报(自然科学版)2024,Vol.45Issue(2) :72-79.DOI:10.16351/j.1672-6987.2024.02.009

植酸锌人工构筑层在水系锌离子电池锌负极保护中的应用

Artificial Zn-Phytate Layer to Enable Highly Reversible Zn-Metal Anode in Zinc Ion Battery

潘荣辉 郭小松
青岛科技大学学报(自然科学版)2024,Vol.45Issue(2) :72-79.DOI:10.16351/j.1672-6987.2024.02.009

植酸锌人工构筑层在水系锌离子电池锌负极保护中的应用

Artificial Zn-Phytate Layer to Enable Highly Reversible Zn-Metal Anode in Zinc Ion Battery

潘荣辉 1郭小松1
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作者信息

  • 1. 青岛科技大学 材料科学与工程学院,山东 青岛 266042
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摘要

近年来,由于水系锌离子电池功率密度高、安全性好、成本低等优势,被认为是锂电池强有力的取代者.然而,锌负极因容易与水系电解液发生副反应和产生枝晶,导致其库伦效率低下,从而限制了进一步发展.因此利用植酸(PA)的乙二醇二甲醚(DME)溶液对锌负极表面进行处理,构筑一层植酸锌保护层,该保护层可以避免锌负极和电解液中的水直接接触,有效抑制电极表面发生的副反应.同时,植酸锌中丰富的亲水和亲锌官能团起到了增加电解液与电极的浸润、增强了负极表面对锌离子的吸附能力,从而改变了锌的形核情况,抑制了枝晶的生长.PA 处理过的锌负极其相关的对称电池在0.5 mA·cm-2 下可以稳定工作近1 900 h,几乎是锌-锌基对称电池工作时间的15倍.

Abstract

In recent years,zinc-ion batteries have been regarded as a potential replacement for lithium batteries due to their high power density,good safety,and low cost.However,the side reactions and dendrites growth can result in low coulombic efficiency,limiting its fur-ther development.In this paper,an artificial Zn-phytate layer on the zinc anode is construc-ted by the reaction between Zn and phytic acid(PA),which can avoid the direct contact be-tween the zinc anode and the water in the electrolyte,inhibiting the side reactions.Moreo-ver,the abundant hydrophilic and zinc-philic functional groups in zinc phytate can increase the infiltration of the electrolyte and enhance the adsorption capacity of Zn2+,which contrib-ute to changing the nucleation of zinc and inhibiting the growth of dendrites.The symmetric battery with PA-treated zinc anode can work stably for nearly 1 900 h at 0.5 mA·cm-2,which is almost 15 times that of the zinc-zinc-based symmetric battery.

关键词

锌离子电池/锌负极/枝晶/副反应/植酸

Key words

zinc ion battery/zinc anode/dendrites/side reactions/phytic acid

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基金项目

山东省自然科学基金(ZR2019MB037)

出版年

2024
青岛科技大学学报(自然科学版)
青岛科技大学

青岛科技大学学报(自然科学版)

CSTPCD
影响因子:0.297
ISSN:1672-6987
参考文献量23
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