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暨大化材院王子奇、李宏岩与北京大学潘锋团队合作发表ACS Energy Letters:基于阴离子框架MOF构筑人工SEI提升金属锌负极性能

近日,化材院王子奇、李宏岩与北京大学潘锋团队合作,以2022新赛季万博manbetx为第一通讯单位在能源领域国际期刊ACS Energy Letters(IF=23.991)发表最新研究成果。

水系锌离子电池因其价格低廉、环境友好、安全性高等众多优点,特别适合于大规模储能和可穿戴设备领域,可与锂离子电池应用场景互补。但是,金属锌负极较差的可逆性严重制约着水系锌离子电池的实际应用。与金属锂负极不同,金属锌负极在水系电解液中无法形成致密、稳定的固态电解质界面(SEI)膜。因此,引入人工SEI膜是提高金属锌负极可逆性的有效手段。

图1. ZSB ASEI的制备路径和设计思路

本工作中,利用湿化学方法,在金属锌负极表面原位构筑一层阴离子框架ZSB MOF作为人工SEI膜。ZSB以Zn(II)为配位金属,以磺酸基对苯二甲酸和联吡啶为配体。ZSB晶体中的阴离子型一维孔道有助于引导Zn2+的均匀沉积、抑制枝晶生长。同时,孔内平衡Zn2+离子增加了锌负极表面的Zn2+浓度,促进负极氧化还原反应。此外,DFT计算和XRD实验表明,ZSB SEI通过联吡啶配体与锌负极表面的配位作用紧密相连,能在电池反复充放电中保持结构完整、发挥稳定作用。电化学测试中,ZSB SEI改性的锌负极沉积剥离循环寿命可达5700小时,库伦效率、离子迁移数和电极反应动力学性能显著提升。最后,将该负极与钒氧化物正极组装成全电池并进行了充放电循环测试。在10 A g-1的大电流密度下,电池的可逆容量可维持在200 mAh g-1以上;2000个循环内,容量衰减率仅为0.11‰每圈。MOFs材料的孔道结构与化学功能丰富、调控上限高,在电化学储能领域具备较高的研究价值与应用潜力。

图2. 金属锌负极修饰SEI膜前后的电化学性能对比

本工作受到国家自然科学基金、广东省自然科学基金以及广东省功能配位超分子材料及应用重点实验室开放基金的资助。

原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.2c01958

(化学与材料学院)

责编:苏倩怡