AFM: 基于 5 - 磺基水杨酸基团配位的有机金属螯合电解质以提升水系锌离子电池的性能

文章总结

在硫酸锌（ZnSO4）水溶液电解质中，高活性的水配体会导致严重的枝晶形成、析氢反应（HER）以及锌阳极腐蚀，这极大地阻碍了水系锌离子电池（AZIBs）的电镀 / 剥离效率和循环耐久性。为了应对这些挑战，我们开发了一种金属有机螯合电解质，它利用了5 - 磺基水杨酸（SA）基团配位的锌盐（ZSA）。理论计算表明，ZSA 的最低未占据分子轨道（LUMO）主要定域在SA2−配体上，而非水分子上，这使得配位水分子的活性降低。因此，与传统的硫酸锌电解质相比，ZSA 电解质显著提高了锌电镀 / 剥离的可逆性。使用 ZSA 电解质的锌 // 锌对称电池实现了超过 1400 小时的循环寿命，而使用该电解质的铜 // 锌不对称电池的平均库仑效率达到了 99.1%，性能优于基于硫酸锌的电解质。显微镜观察和电极 - 电解质界面研究证实，ZSA 电解质有效地抑制了锌枝晶的生长、析氢反应以及锌阳极的腐蚀。所展示的采用 ZSA 电解质的聚（1,5 - 二氨基萘）（1,5-PDAN）// 锌电池展现出了超过 7500 次循环的超长寿命，在 1.0 A g⁻¹ 的电流密度下容量保持率仍高于 71%。这项研究突显了合理设计的金属有机络合物电解质在开发具有成本效益、长循环寿命且环保的水系多价二次电池方面的巨大潜力。

图文简介

ZSA 电解质溶剂化结构的理论模拟

ZSA 电解质的成分与结构表征

电化学测试与表征

1 M ZSO 和 1 M ZSA 电解质的电极 - 电解质界面行为比较

1 M ZSO 和 1 M ZSA 电解质的 1,5-PDAN//Zn 全电池性能比较

论文信息

通讯作者：Caixing Wang, Yanrong Wang,  Zhong Jin

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