近日，徐錫金教授團隊在水系儲能領(lǐng)域取得重要研究進展，相關(guān)成果以題為《Engineering Fluorine-rich Double Protective Layer on Zn Anode for Highly Reversible Aqueous Zinc-ion Batteries》發(fā)表在頂級期刊Angewandte Chemie International Edition上。濟南大學(xué)為第一完成單位，2021屆研究生李媞媞和王成剛老師為論文共同第一作者，徐錫金教授為通訊作者。
水系鋅離子電池因其具有高安全性、環(huán)境友好等特點，在儲能系統(tǒng)中具有廣闊的前景。然而，鋅金屬負極側(cè)存在高熱力學(xué)不穩(wěn)定性和不可避免的副反應(yīng)，嚴重阻礙了水系鋅離子電池大規(guī)模的實際應(yīng)用。這些副反應(yīng)將導(dǎo)致鋅離子電池低的庫倫效率、差的循環(huán)壽命以及鋅負極低的利用率等問題。因此，在鋅金屬負極表面構(gòu)筑一個穩(wěn)定的SEI層對提高鋅離子電池的性能至關(guān)重要。本文報道了一種富氟的壬烷二醇（TDFND）作為電解液的添加劑，TDFND分子因具有較大的吸附能（?1.51 eV）而優(yōu)先吸附在鋅負極表面形成Zn(OR)2?(R = ?CH2?(CF2)7?CH2?)交聯(lián)復(fù)合網(wǎng)絡(luò)，平衡空間電場并控制Zn2+離子通量，從而實現(xiàn)Zn（002）晶面的均勻和致密沉積。同時，TDFND具有較低的最低未占據(jù)分子軌道能級（LUMO，0.10 eV），可以優(yōu)先分解構(gòu)建富含ZnF2的固態(tài)電解質(zhì)界面（SEI）層。這極大的提高了鋅金屬負極的循環(huán)穩(wěn)定性。
通過高分辨TEM和不同刻蝕深度的XPS表征發(fā)現(xiàn)，在空白電解液中引入功能性TDFND不僅可以在Zn電極表面構(gòu)建富含?CF2交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的外層，還可以誘導(dǎo)形成富ZnF2的SEI內(nèi)層。
得益于多功能電解液的設(shè)計和應(yīng)用，在Zn || Zn電池中，鋅負極以10 mA cm?2的電流可以循環(huán)430小時。在1 mA cm?2 ，1 mAh cm?2 的情況下可以循環(huán)1250 h。更有意義的是，Zn||I2在68mAh軟包電池中表現(xiàn)出1000圈的循環(huán)穩(wěn)定性。
撰稿：張寧寧 編輯：弋媛 審核：王曉
