水系锌离子电池金属锌负极界面调控及其性能研究.pdf

摘要

AqueousZinc-ionBatteries,ZIBs

水系锌离子电池（）凭借其安全性高、成本低廉

等优势，成为很有潜力的下一代安全储能电池，其使用的金属锌负极具有理论容量

-3-1

高（5855mAhcm和820mAhg）、氧化还原电位低（-0.76VvsSHE）、储量丰

富等优点。然而锌负极存在枝晶生长、易生成副产物以及析氢反应等问题，制约了

水系锌离子电池的商业化应用。为解决上述问题，本文分别从电解液添加剂以及锌

负极界面构筑两个方面进行改性与研究，提升负极界面的循环稳定性与电化学性能，

主要包括以下内容：

1AC

）针对锌离子沉积不均匀所导致的锌枝晶生长等问题以及活性炭（）正极

+

容量低的问题，本文通过加入微量碘化铷（RbI）电解液添加剂，利用Rb的静电屏

蔽作用以及的吸附作用引导锌离子的均匀沉积，同时抑制副产物的产生。通过实验I-

对比发现碘离子与铷离子对于稳定锌负极及提升活性炭正极比容量有极大贡献。研

-2-2

究表明，使用该电解液添加剂实现了锌对称电池2390h（1mAcm,1mAhcm）的

Zn||AC80C4Ag-1

长循环寿命，组装的混合超级电容器在（）的电流密度下表现出

158Fg-1的高比容量，稳定循环80,000圈后容量保持率接近100%。

2）针对锌金属表面的析氢、腐蚀问题，通过简单且价格低廉的ZnSO+Cr(NO)

433

混合溶液进行负极表面预处理，原位构筑多功能界面层。利用该溶液形成的三维多

孔界面成功减少了水分子与锌金属的直接接触，抑制了锌金属表面的钝化和腐蚀，

同时这种三维孔洞结构调了控锌离子的沉积，改善了锌负极界面电场分布，所组装

-2-2

5mAcm,1mAhcm1400h

的锌对称电池在大电流密度（）下实现长循环。

关键词：水系锌金属电池；锌负极；电解液添加剂；原位界面改性；锌枝晶

I

ABSTRACT

Aqueouszincionbatteries(AqueousZinc-ionBatteries,ZIBs)havebecome

promisingnext-generationsafeenergystoragebatteriesbyvirtueoftheirhighsafetyand

lowcost,etc.TheanodemetalzincusedinZIBshashightheoreticalcapacity(5855mAh

-3-1

cmand820mAhg),lowredoxpotential(-0.76VvsSHE),andabundantreserves,etc.

However,theproblemsofzincanodedendritegrowth,easygeneration