AFM: 基于表面张力的双电层改性助力水系锌离子软包电池走向实用化

文章总结

诸如副反应和枝晶生长等界面问题长期以来一直是阻碍水系锌离子电池（AZIBs）使用寿命的主要障碍。寻求更有效的策略来调控高度活跃的界面仍然是水系锌离子电池领域的一个重点。在此，我们引入了一种新型的以界面为调控目标的添加剂 N - 乙酰乙酰基吗啉（NHM），通过降低界面张力和修饰双电层来提升水系锌离子电池的性能。这种重新构建的结果是在亥姆霍兹内层形成了贫水层，从而抑制了副反应，加速了界面动力学过程，并促进了锌的均匀沉积。因此，锌负极展现出了令人瞩目的循环耐久性，在高达 60% 的高放电深度（DOD）下，其镀 / 脱锌过程超过了 3800 小时，并且能够稳定循环 400 小时。Zn/NH₄V₄O₁₀全电池表现出优异的循环性能，在 1500 次循环后仍能保持 80% 的容量保持率。此外，具有高负载量正极（13.5 mg cm⁻²）的软包电池在 0.5 A g⁻¹ 的电流密度下循环 300 次后，能够保持 70% 的容量保持率。控制了负极与正极容量比（N/P 比，2.63:1）的软包电池显示出出色的循环稳定性，在 130 次循环后容量保持率为 80%。这些发现为界面设计提供了有价值的见解，并为提高水系锌离子电池的实用性提供了有前景的策略。

图文简介

a) N - 乙酰乙酰基吗啉（NHM）的静电势图；b) 界面张力图；c) 未添加和添加了 N - 乙酰乙酰基吗啉（NHM）添加剂时的双电层示意图。

a) 在各种电解液中测得的接触角；b) 吸附能的比较；c) 浸入含 N - 乙酰乙酰基吗啉（NHM）电解液后锌负极的 X 射线光电子能谱（XPS）；d) 双电层电容曲线；e) 微分电容曲线；f) zeta 电位测量值。

a) 不同电解液之间活化能的比较；在 b) 硫酸锌（ZSO，这里推测 ZSO 是硫酸锌电解液，若有误请按实际修改）电解液和 c) 含 N - 乙酰乙酰基吗啉（NHM）的电解液中的恒电流（CA）曲线；d) 循环 50 次后锌负极的 X 射线光电子能谱（XPS）分析。在 e) 硫酸锌（ZSO）电解液和 f) 含 N - 乙酰乙酰基吗啉（NHM）的电解液中循环 50 次后锌负极表面的激光共聚焦扫描显微镜（LCSM）图像；在 g) 硫酸锌（ZSO）电解液和 h) 含 N - 乙酰乙酰基吗啉（NHM）的电解液中锌负极的原位光学显微镜图像。

a) 倍率性能比较；b) 在 4 A g⁻¹ 电流密度下的长循环性能；c) 静置 24 小时后的自放电情况比较；d) 高负载下的长期循环性能；软包电池在 e) 0.5 A g⁻¹ 和 f) 0.3 A g⁻¹ 电流密度下的性能表现。

论文信息

通讯作者： Shan Guo, Guozhao Fang