秦家千研究员，吴忠帅研究员，张新宇教授， AEM观点：调控锌沉积的晶面取向实现无枝晶锌离子电池- 大数跨境

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秦家千研究员，吴忠帅研究员，张新宇教授， AEM观点：调控锌沉积的晶面取向实现无枝晶锌离子电池

科学材料站

2021-06-17

导读：该文章制备了一种纳米纤维素和氧化石墨烯组成的复合隔膜，通过调控(002) 面的六方锌沉积实现无枝晶且极其稳定的锌离子电池。

文章信息

调控锌沉积的晶面取向实现无枝晶锌离子电池

第一作者：曹金

通讯作者：秦家千*，张新宇*，吴忠帅*

单位：泰国朱拉隆功大学，燕山大学，中国科学院大连化学物理研究所

研究背景

水系锌离子电池由于其容量大,成本低,安全性高等优点受到广泛关注。但锌枝晶的形成极大地限制了其发展，锌枝晶的形成主要与阳极表面不均匀分布的电场和尖端效应有关。

除此以外，现有暴露的晶面也会引起锌枝晶的优先电沉积。因此，阳极表面的电场分布和锌离子沉积的晶面取向在消除锌枝晶方面至关重要。

文章简介

基于此，来自朱拉隆功大学的秦家千研究员与燕山大学张新宇教授和中国科学院大连化学物理研究所吴忠帅研究员合作，在国际知名期刊Advanced Energy Materials上发表题为“Manipulating Crystallographic Orientation of Zinc Deposition for Dendrite-free Zinc Ion Batteries”的文章。

该文章制备了一种纳米纤维素和氧化石墨烯组成的复合隔膜，通过调控(002) 面的六方锌沉积实现无枝晶且极其稳定的锌离子电池。

图1.锌的剥离/电镀示意图。

本文要点

要点一：配备纤维素/氧化石墨烯（CG）隔膜的锌阳极具有更低的过电位、更高的库仑效率和更长的循环性能。

图2 锌对称电池的电化学性能和锌阳极循环后的SEM图像。

要点二：游离锌离子在通过纤维素/氧化石墨烯（CG）隔膜后在锌阳极上呈现出规则的六边形沉积，归因于(002)面的优先多重沉积。

图3 锌沉积行为分析和电化学沉积机理。

要点三：CG隔膜具有广泛的适用性，可与不同的电解质、多种阴极材料以及纽扣电池和柔性软包电池的各种电池配置

图4 全电池和软包装电池的电化学性能.

要点四：前瞻

近年来，人们特别重视锌离子电沉积过程中晶体取向的合理控制。如果Zn2+的择优晶面由(110)和(110)组成，与衬底成70-90°的角，则在这些角度上沉积的锌不能实现均匀积累，最终形成锌枝晶。

而(002)面与衬底的取向主要0-30°，这使得锌的均匀电沉积具有与衬底平行的择优方向。此外，(002)面对锌原子捕获能力更强，界面电荷密度更均匀，最终实现优先沉积。

然而目前抑制锌枝晶的方法主要集中在电极表面的设计和电解质添加剂上，关于锌离子电池隔膜的设计鲜有报道。而目前所有的玻璃纤维普遍价格较高，且厚度较大，同时还具有产生锌枝晶的风险。因此开发低成本的并且能够有效抑制枝晶的隔膜是非常具有前景的。

文章链接

Manipulating Crystallographic Orientation of Zinc Deposition for Dendrite-free Zinc Ion Batteries

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202101299

通讯作者介绍

秦家千，博士，泰国朱拉隆功大学研究员，博士生导师。

长期从事新材料的制备与应用的研究工作，已在国际一流刊物上发表论文100余篇，申请专利30余项，已获授权专利15项。目前担任Scientific Reports和Journal of Metals, Materials and Minerals编辑。秦家千博士领导的能源转换与储存实验室隶属于朱拉隆功大学冶金与材料科学研究所，是研究所主要研究组之一。

目前，本实验成员由教授，博士后，在读博/硕士及本科生组成。主要从事储能材料及新型电池技术的研究与开发。实验室目前得到泰国能源部，泰国国家研究基金理事会(National Research Council of Thailand), 泰国国家科学与技术发展局(National Science and Technology Development Agency)，朱拉隆功大学的energy storage cluster, Research Unit of Advanced Materials for Energy Storage, Center of Excellence in Smart Wearable Devices等项目支持，已具有先进电池实验所需所有设备。本实验室有一定朱拉隆功大学C2F奖学金支持的博士后和博士生名额，欢迎咨询:jiaqian.q@chula.ac.th。。