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纳米多孔绝缘层:多重机理引导锌均匀沉积提升锌锰电池寿命

烟台大学康利涛副教授领导的研究团队开发了一种简单、廉价的锌负极改性技术,通过在锌负极表面涂覆纳米CaCO3的多孔绝缘层,利用纳米孔道对电解液迁移的均化作用、对锌沉积位点的引导作用、和绝缘涂层对锌沉积反应的限域作用三重机制,实现了自下而上的、均匀稳定的锌沉积-溶解反应,从而有效改善了锌锰电池的循环稳定性。

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长等性能优势,在移动电子终端、新能源汽车等领域被广泛使用。然而,在大规模储能、机动车启动电源等领域中使用时,锂离子电池的价格、锂/钴原料存量与使用安全性依然不尽人意。为克服锂离子电池的缺点,高安全性水系铅酸电池仍然被大规模使用。但是,铅酸电池也存在能量密度低、循环寿命短等问题。

锌锰电池由金属锌负极、MnO2正极和水系电解液等材料组成,具有污染小、价格低、使用安全性高等突出优点,是一种极具发展前景的水系电池体系。然而,在锌锰电池充放电时,金属锌负极表面会因为“尖端效应”出现电场的局部增强,很容易引起自发、顽固的锌枝晶生长过程,进而引起电池容量快速衰减,甚至短路失效,严重限制了锌锰电池的应用范围。

纳米多孔绝缘层:多重机理引导锌均匀沉积提升锌锰电池寿命

近日,烟台大学康利涛副教授领导的研究团队开发了一种简单、廉价的锌负极改性技术,通过在锌负极表面涂覆纳米CaCO3的多孔绝缘层,利用纳米孔道对电解液迁移的均化作用、对锌沉积位点的引导作用、和绝缘涂层对锌沉积反应的限域作用三重机制,实现了自下而上的、均匀稳定的锌沉积-溶解反应,从而有效改善了锌锰电池的循环稳定性。测试结果表明,电池循环1000圈后,负极涂有纳米CaCO3多孔绝缘层的锌锰电池比对比样品的容量高出42.7%。

该研究提出的处理方法不仅技术效果良好,而且所有原料/工艺廉价、与现有电池生产工艺兼容性好,对于高性能长寿命锌锰二次电池开发意义。相关研究成果近期以长文形式(Full paper)发表在Advanced Energy Materials上(DOI: 10.1002/aenm.201801090)。

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