中南大學(xué)唐有根/王海燕教授團(tuán)隊(duì)在鋅金屬負(fù)極研究獲進(jìn)展

近期，中南大學(xué)唐有根-王海燕團(tuán)隊(duì)在國際頂級(jí)刊物Angew. Chem. Int. Ed.上發(fā)表了題為“A Semi-solid Zinc Powder-based Slurry Anode for Advanced Aqueous Zinc-ion Batteries”的研究論文(doi:10.1002/anie.202215306)。中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院為該論文的第一完成單位及通訊作者單位，王海燕教授和張旗博士為共同通訊作者，2020級(jí)博士研究生楊澤芳為論文第一作者。

水系鋅離子電池（AZIBs）的蓬勃發(fā)展引起了研究人員對(duì)鋅金屬負(fù)極問題的關(guān)注，如不可控制的枝晶生長、腐蝕和體積效應(yīng)。相比于廣泛使用的鋅箔負(fù)極，鋅粉（Zn-P）更適合作為鋅負(fù)極的原材料。然而，由于Zn-P與鋅箔負(fù)極相比具有更高的活性和比表面積，Zn-P固體負(fù)極遭受了更嚴(yán)重的腐蝕和析氫。此外，鋅溶解/沉積誘導(dǎo)的不可避免的體積收縮/膨脹進(jìn)一步惡化粉末和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間的電接觸，導(dǎo)致活性材料與電極分離。

鑒于此，唐有根-王海燕團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道了一種用于AZIBs由活性金屬Zn-P、錫粉添加劑和分散在硫酸鋅電解液中的多壁碳納米管（MWCNTs）與聚丙烯酰胺（PAM）組成的半固體鋅漿料負(fù)極。PAM電解液添加劑具有各種重要功能，包括Zn-P的腐蝕抑制劑、流變網(wǎng)絡(luò)的增稠劑和MWCNTs的分散劑。在半固體漿料中均勻分散的MWCNTs構(gòu)建了一個(gè)強(qiáng)大的三維離子和電子傳輸?shù)膶?dǎo)電框架。

此外，作為沉積種子的錫粉添加劑可以有效地避免小尺寸顆粒的優(yōu)先溶解所引起的鋅的團(tuán)聚沉積，這一點(diǎn)已通過有限元方法、3D-X射線微型計(jì)算機(jī)斷層掃描和掃描電子顯微鏡得到證明。彈性流變學(xué)網(wǎng)絡(luò)緩解了鋅溶解/沉積過程中的體積變化，并通過均勻的三維沉積抑制了鋅枝晶的生長。使用半固體漿料負(fù)極的全電池的維護(hù)和再生只需要更換漿料和隔膜，而其他成分保持不變，這表明半固態(tài)鋅漿全電池在大規(guī)模儲(chǔ)能的集成裝置中具有良好的潛力。

上述工作獲得了國家自然科學(xué)基金(No. 21975289、22109181)、湖南省科技計(jì)劃項(xiàng)目(No. 2020jj2042、No. 2022rc3050、No. 2017tp1001)和湖南省自然科學(xué)基金(No. 2022jj40576)的資助。唐有根-王海燕教授團(tuán)隊(duì)一直從事能源材料化學(xué)和應(yīng)用電化學(xué)的基礎(chǔ)研究，目前在Nat. Commun, Angew. Chem. Int. Ed, Energy Environ Sci, Adv Mater等國內(nèi)外知名期刊發(fā)表多篇有影響力的研究論文，團(tuán)隊(duì)研究成果入選了中南大學(xué)首屆重大學(xué)術(shù)進(jìn)展。

審核編輯 ：李倩