锌-空气电池的枝晶生长机理及抑制

由于锌-空气电池拥有较高的理论能量密度(1086 W·h/kg)以及阳极活性物质锌具有丰富易得、成本低等优点而成为广受关注的二次电池。但锌-空气电池的锌阳极还存在枝晶生长、形变、析氢自腐蚀等问题,特别是锌枝晶生长对锌-空气电池的循环寿命影响较大。本文首先基于电化学相场理论建立锌-空气电池枝晶生长模型,并应用模型研究充电时间、各向异性强度及电解液温度对锌枝晶形貌和生长高度的影响规律。最后设计了提升电解液温度、流动电解液、脉冲充电等实验来验证理论模拟。结果表明:锌枝晶的生长主要受扩散和传质过程控制,抑制锌枝晶生长的最佳电解液温度为343.15 K,最佳电解液流速为40mL/min,最佳脉冲充电方式为静置5 s、正向脉冲10 s、静置5 s、反向脉冲10 s。

高亲锂性的Ti_(3)C_(2)T_(x)-MXene锚定在柔性炭泡沫骨架上用于无枝晶锂金属负极

不理想的枝晶生长、不稳定的固体电解质界面以及循环过程中锂金属体积的无限变化等问题极大地限制了锂金属电池的实际应用。作者设计了亲锂Ti_(3)C_(2)T_(x)-MXene修饰的炭泡沫(Ti_(3)C_(2)T_(x)-MX@CF)来调节锂的成核行为,有效缓解锂金属负极的体积变化,获得了高稳定的锂金属电池。其中,三维的CF骨架具有较高的比表面积,不仅降低了局部电流密度来避免浓度极化,而且为缓解循环过程中的体积膨胀提供了足够的空间。更重要的是,丰富的官能团赋予了Ti_(3)C_(2)T_(x)-MX优异的亲锂性,能够有效的降低锂成核过电位,引导锂均匀沉积而不形成锂枝晶,并使负极表面的界面保持稳定。因此,组装的Li-Ti_(3)C_(2)T_(x)-MX@CF对称电池在电流密度为4 mA cm^(-2),容量为1 mAh cm^(-2)时,表现出超过2400 h的良好循环稳定性,过电位低至9 mV。此外,Li-Ti_(3)C_(2)T_(x)-MX@CF||NCM111全电池在1 C下循环330圈后仍能提供129.6 mAh g^(-1)的容量,表明Ti_(3)C_(2)T_(x)-MX对构建稳定的锂金属负极具有重要意义。

二次锌电极及抑制枝晶添加剂的研究

研究了锌电极的制做成型工艺及抑制锌枝晶添加剂 ,并讨论了锌电极制作工艺对所组成Zn -Ni电池性能的影响及各种添加剂的效果 .结果表明 :采用锌电极表面胶体膜结构与添加剂 ,能有效防止锌枝晶产生 ,锌电极内设计铅枝晶的结构能有效减小锌镍电池充电时气体析出 。

介孔碳材料抑制锂电池负极枝晶生长

为了解决锂电池负极表面锂枝晶生长带来的性能衰退和安全问题。以沸石咪唑酯骨架-8(ZIF-8)为前驱体制得介孔碳材料(MCM),用于金属锂负极表面改性。X射线粉末衍射(XRD)和拉曼光谱表明,退火制得的MCM具有一定的石墨化程度,N2气吸脱附测试(BET)证明MCM具有典型的介孔特征。对比不同温度退火样品的XRD、拉曼光谱和BET测试结果,确定900℃为最佳退火温度。优化的MCM作为表面改性剂对金属锂负极进行改性研究。电池充放电循环后,负极样品的XRD和扫描电子显微镜(SEM)测试表明,MCM能够通过均衡锂负极表面的电荷分布抑制金属锂的取向沉积和锂枝晶的生长。本研究为制备抑制锂电池负极枝晶生长表面改性剂提供了一种简便而有效的合成方法,有利于锂电池循环寿命的延长和安全性能的提高。

抑制锌枝晶的新型负极材料ZnSO_(4)·3Zn(OH)_(2)·H_(2)O@石墨烯的制备

锌的可充电电池有良好的电化学性能,但锌枝晶的问题会导致其库伦效率降低,发生短路,甚至形成"死锌"。利用沉淀法制备新型复合材料ZnSO_(4)·3Zn(OH)_(2)·H_(2)O@石墨烯作为电池的负极,使用2 mol/L K_(2)SO_(4)作为电解液,利用沉淀-溶解机制以达到实现抑制锌枝晶的目的。采用X线衍射仪(XRD)对循环前后的负极材料进行表征,用电子扫描显微镜(SEM)观察其形貌,结果表明,制备的新型负极材料在2 mol/L K_(2)SO_(4)电解液中能够完成1000次全放电/充电循环,库伦效率接近100%,容量保持80%,可以有效抑制锌枝晶,以实现电池的长循环稳定性。

金属电池负极枝晶的研究进展

针对金属负极的枝晶展开论述。介绍金属负极的枝晶形成机理,并综述近年来在电解液体系改良、金属负极界面改性和负极结构设计等方向针对抑制金属负极枝晶生长进行的研究,对金属负极的研究方向进行展望。

纳米炭材料应用于稳定锌离子电池中锌负极

水系锌离子电池(ZIBs)由于价格低、安全性好、储能性能优异等优点,在电网和可穿戴设备中具有极大的前景。然而,锌离子电池的锌金属负极并不稳定,例如,锌负极上会形成锌枝晶,同时还会发生析氢反应和其他副反应。这些不稳定的因素阻碍了ZIBs的应用。最近,纳米炭材料因其独特的结构、优异的导电性和良好的稳定性成为优化锌负极的重要材料。这篇综述系统地概述了纳米炭材料用于稳定ZIBs中锌负极的最新进展。总结了纳米炭材料稳定锌负极的4种策略,包括使用炭材料作为基底、保护涂层、电解质添加剂和隔膜改性。最后,指出了纳米炭材料在稳定锌负极方面的挑战和前景。

电极界面浓差极化对锂金属沉积的影响

锂金属作为下一代高能量密度电池的理想负极材料受到研究人员广泛关注。然而,锂枝晶生长引起的安全隐患和循环寿命短等问题严重影响了锂金属电池的实用化进程。本文以电化学现象和理论为依据,从浓差极化角度详细分析锂金属电沉积过程中枝晶生长、死锂形成和全电池失效机制,并对目前研究较多的多孔宿主电极中的浓差极化及枝晶抑制进行分析,提出锂金属界面浓差电池现象。本文得到的结论为研究人员更深入地探究锂金属保护策略提供了理论依据。

锡离子添加剂在碱性溶液中对锌电极的作用(英文)

通过对锌酸盐和锡离子的共沉积研究了锡离子对锌酸的电沉积作用。实验结果表明锌酸盐的沉积形态从枝晶转变为的紧凑的小晶粒。随着锡离子添加剂含量的增加,锌枝晶被显著抑制。讨论了抑制机理。除了锡沉积在最优生长位置阻塞锌沉积外,锡上的高沉积过电位也是一个重要因素。

基底材料改性增强钾金属负极电池的研究进展

钾金属负极由于具有较大的理论能量密度(687 mA·h/g)、更低的化学电位(-2.93 V)及使用钾金属更为简单等优势,在众多的钾离子电池负极材料中备受关注.但目前仍有许多问题有待克服,例如较大的体积膨胀、极高的反应活性、严重的枝晶生长及不稳定的界面等,这些特性极大影响电池的性能及其安全性.为此,研究者们采取了许多不同的策略和方法去改善这些问题.综述了近年来基于基底材料改性增强钾金属负极电池的策略,并分析了通过基底材料改性而实现抑制钾金属枝晶生长的关键要素.同时,对提升钾金属负极电化学性能的机理进行了进一步讨论,并在此基础上了对钾金属负极的下一步研究进行了分析与展望.

砂型铸造Mg-6Al-xZn合金凝固行为及晶粒尺寸

采用双电偶热分析技术和SEM表征了Mg-6Al-xZn合金（简称AZ6x合金，x=0，2，4，6，质量分数，％）在砂型铸造过程中的凝固行为和显微组织；采用背散射电子衍射（EBSD）分析对合金的晶粒尺寸进行定量表征．利用Pandat热力学软件计算了合金的平衡截面相图、非平衡Scheil模型凝固过程，以及枝晶生长抑制因子（growthrestrictionfactor,或称为Q值）．结果表明，在AZ6x合金的砂型铸造凝固过程中，AZ60合金中只有非平衡凝固的产Mg17Al12，而AZ62-AZ66合金的铸态组织中除了γ-Mg17Al12相，还出现了Ф-Mg21（Al，Zn）17相，并且随着zn含量的增加，γ-Mg17Al12相减少而Ф-Mg21（Al，Zn）17相增多．热力学计算结果表明，AZ60～AZ64合金中γ-Mg17Al12相和Ф-Mg21（Al，Zn）17相在一定温度下能够完全固溶到a-Mg中，而AZ66合金中的Ф-Mg21（Al，Zn）17相在任何温度下都不可能完全固溶．研究结果还表明，Zn含量高的合金具有高的Q值、小的晶粒尺寸及低的枝晶相干点固相分数；并讨论了p值、晶粒尺寸与矿。的关系．

多孔金属有机框架材料作为锂金属负极保护层助力长寿命锂氧气电池

在众多能源储存系统中,锂氧气电池以其高达3500 Wh·kg^(-1)的理论能量密度有望在性能上超越商用锂离子电池.然而,在电池充放电过程中,金属锂不可控的枝晶生长和严重的腐蚀问题极大地阻碍了锂氧气电池的发展.为了解决以上问题,制备了一种具有高比表面积、丰富孔道结构的金属有机框架材料(MOF-801),并将其设计成金属锂负极的保护层应用在锂氧气电池中.在本工作中,成功合成了具有高达762.9 m2·g^(-1)比表面积,边长约为800 nm的立方体状纯净MOF-801材料.并且这种材料表现出对于有机电解液体系(四乙二醇二甲醚1 mol·L^(-1)三氟甲基磺酸锂)和强还原性的金属锂都具有很好的稳定性.得益于该材料丰富的孔道结构以及高比表面积,锂离子得以更均匀地分布在电极表面促进金属锂均匀沉积,有效避免了由于枝晶刺破隔膜而导致的短路甚至火灾事故.此外,MOF-801保护层本身的阻隔作用和材料捕捉水的特性可以帮助减少污染物质(水、氧气、强氧化性物质等)的穿梭效应带来的副反应,缓解锂氧气电池中金属锂负极的腐蚀情况.因此,将经过保护的金属锂组装成的对称电池进行测试,循环寿命长达800 h,同时充/放电过电势仅为0.023 V(未经保护的电池寿命仅为254 h,最终充/放电过电势高达5 V),且循环阻抗大大降低,证明了这种策略有效地稳定了金属锂/电解液界面.将经过MOF材料保护的电极实际应用在锂氧气电池中,在限容量1000 mAh·g^(-1),限电流500 mA·g^(-1)条件下,可以实现长达170圈的稳定长寿命的循环(是未经保护的电池寿命的2.88倍).使用MOF-801保护层的锂氧气电池还表现出了高达8935 mAh·g^(-1)的高比容量.因此,本工作所报道的保护层策略为未来的碱金属空气电池负极保护领域提供了新颖的视角.