近年来,锌离子
电池(ZIBs)因其卓越的安全性、长循环功能、环境友好性以及高功率密度,被视为极具前景的下一代储能技能而备受重视。但是,锌阳极的腐蚀与溶解、有限潮湿性以及缺乏满足的锌堆积成核位点等问题,约束了其实践运用。引入由碲(Te)
纳米带在锌阳极外表构建Te基保护层已成为战胜这些约束、改善电化学行为的有用战略。该战略经过提高锌离子
电池的安全性和潮湿性,一起为锌堆积供给丰富的成核位点,然后明显优化
电池功能。在Te基保护层效果下,外表工程处理的锌阳极能量功率密度完成明显提高(在270至1,800 W kg
-1的功率密度规模内,其值从310 Wh kg
-1增至144 Wh kg
-1) %% (功率密度规模覆盖270至1,800 W kg
-1)−1),且运用寿数才能得到延伸。这些结果标明,所提出的选用Te−1纳米带
作为保护层的战略在提高锌离子电池储能功能方面具有巨大潜力,使其作为未来可行储能处理方案的吸引力进一步增强。 as a protective layer holds great promise for enhancing the energy storage performance of ZIBs, making them even more attractive as a viable energy storage solution for the future.
图文摘要
碲
纳米带具有一维网络结构,将其引入锌
阳极外表可有用按捺锌的腐蚀与溶解,然后提高储能功能。

随着动力短缺与环境污染问题日益严峻,开发新型储能技能至关重要[1][2][3]。作为商业化
电池,锂离子
电池(LIBs)已对社会开展产生重大影响[4][5]。但是,锂资源稀缺性及LIBs的安全性问题阻止了其进一步开展。此外,传统LIBs所选用有机电解液固有的易燃性与毒性会导致严重安全隐患,因而亟需开发兼具优异电化学功能与更高安全性的代替型储能器材[6]。选用不可燃电解液(如水系电解液)代替有机液体电解液,已成为处理传统LIBs安全性问题的有用途径[7]。水系电解液的运用可追溯至原
电池开展的前期阶段,其相较于非水体系展现出诸多优势,包括低成本、高离子电导率、耐过充特性以及无毒环保等特性[8][9][10]。
现在,以金属锌为阳极、水性电解质和匹配阴极构成的锌离子
电池(ZIBs)因其锌资源丰富、低毒性以及更高的理论容量(820 mA h g
-1)等优势而备受重视。−1)、较低的氧化复原电位(相对于规范氢电极为-0.763 V)以及更高的安全参数[11][12][13][14][15][16][17][18][19]。为完成ZIBs的实践运用,对负极锌利用率和正极质量负载量存在额定要求,由于商业化锂离子
电池一般的N/P比(负极与正极容量比)需小于2:1。
尽管锌离子
电池(ZIBs)具有诸多诱人特性,但锌金属阳极在
电池运行过程中的稳定性差仍是一个重大问题,这会严重制约器材的容量和循环寿数[20]。导致锌阳极不稳定的因素有多方面。本部分将更具体地介绍ZIBs中锌阳极面对的主要应战,要点论述两大核心问题:枝晶构成与阳极腐蚀。首要应战是枝晶的构成,这些枝状金属堆积物源于"尖端放电效应"[21][22]。枝晶随机成长并或许刺穿
电池隔阂,导致突发性短路故障[23]。它们不只或许引发
电池彻底失效,即便在产生此类灾难性事情前,松懈的锌枝晶存在已会明显危害ZIBs的功能。这些枝晶会添加电阻并导致"死锌"的构成——即从集流体上电化学剥离的破碎锌碎屑。缓解该问题的处理方案是添加成核位点数量以增强锌堆积,然后操控枝晶成长。第二个应战与锌负极的氧化复原电位相关,该电位明显低于氢电位。这一特性使得锌负极在ZIBs运用的水系电解液中容易经过析氢反响(HER)产生腐蚀[10]。腐蚀反响会产生比如锌4SO4(OH)6‧5H2O (ZHS) [10],这种现象会导致锌阳极钝化并添加
电池内阻。该问题在继续运行和阳极反复镀锌/剥离过程中会进一步加重,然后加快有害副反响并导致锌离子
电池功能快速衰退。因而,引言部分着重论述了锌离子
电池中锌阳极面对的关键应战,特别聚焦于枝晶构成和阳极腐蚀问题,并提出了处理这些问题的潜在战略。 (注:依据术语表要求,"ZIBs"未进行翻译,因其属于首字母缩写专有名词;化学式"SO"、"OH"、"‧5H"、"O"及文献标注"[10]"均按学术规范保存原格式;技能术语"anodes"一致译为"阳极","dendrite formation"译为"枝晶构成",保持全文术语一致性)
研讨要点是经过立异资料运用处理锌离子
电池(ZIBs)中锌负极面对的应战。锌负极具有明显潜力,但其实践运用受到枝晶成长和负极腐蚀等问题的制约。近期研讨致力于探索碳资料、陶瓷、聚合物及金属等各类资料,以提高锌负极的功能与稳定性[24]-[35]。这些资料已成为很多研讨对象的主题,标明该领域正日益受到重视。
为此,本研讨首次尝试将碲纳米带作为保护层运用于锌负极。碲元素由Müller于1782年发现,属硫族元素[36]-[38],其窄带隙(0.35 eV)与高电导率(2×102)[36]-[38]。这种高导电性保证了在锌堆积/剥离过程中具有更强的电化学活性、更高的活性物质含量以及更快的反响动力学。此外,碲(Te)的化学稳定性可有用处理锌负极的腐蚀与溶解问题。一起,Te的一维纳米带结构能够明显促进锌离子
电池充放电过程中的电子传输。因而,选用Te纳米带包覆锌负极组装的锌离子
电池展现出更高的比容量、更优异的倍率功能以及更长的循环寿数。−1这些功能提高可归因于:供给了丰富的锌堆积成核位点、有用按捺了枝晶的随机成长、并避免了锌的腐蚀与溶解。