锌基水系电池(如锌离子电池、锌空气电池和锌基液流电池)是一种代替锂离子电池的极其具有吸引人的电池体系,其优势包括丰富的天然和低成本的锌,使用不易燃的锌补晶水电解质所带来的内在安全性,对环境的低风险等。锌粉被认为是锌基电池阳极的理想候选者,它们能够实现安全性和能量密度的正协同集成。尽管有上述好处,但锌基电池的进一步应用却因锌金属阳极的不理想表现而受到阻碍。特别是,锌阳极在反复不均匀的锌剥离/电镀过程中会出现不可控的锌枝晶生长,这很容易诱发短路,构成安全隐患,并导致不可逆的容量损失,循环效率低下,以及锌基电池的速率性能低下。
为了解决这一问题,本文中引入混合离子-电子导体(MIECs)支架以提高用于锌阳极的动力学性能。
混合离子-电子导体(MIECs)支架作用机理示意图
本文亮点:
1.作者将混合离子-电子导体支架引入到Zn阳极中,使用可扩展的流延成型策略成功地制造了抗腐蚀、柔性和无枝晶的Zn阳极。所建立的支架具有强大的柔韧性、简便的放大合成方法和出色的抗腐蚀性能,并且可以有效地使Zn2+均质化。
2.实验和计算模拟都说明,由于电子传导的引导,实现了均匀的重新分布的电场,从而有效地避免了尖端效应。Zn阳极外部均匀分布的离子传导也确保了更均匀的Zn2+迅速进入电极并产生均匀的Zn沉积。因此,Zn-MIEC在实用的ZIB中提供了明显改善的耐用性,延长了电池的循环寿命和速率能力,显示了先进的柔性发展的巨大潜力。
这项工作为制造高效、可靠的锌基阳极提供了一条有前途的可扩展途径,并将有助于实现先进的柔性储能装置。此外,预计这种类型的MIEC支架可以与优化的电解质和阴极相结合,以达到更好的锌补晶性能。这种策略也可以应用于其他金属阳极,用于广泛锌补晶的高性能能源系统,如锌空气电池、锂金属电池和钠金属电池。
Min Zhang, Peifeng Yu, Kairong Xiong, Yongyin Wang, Yingliang Liu, Yeru Liang, Construction of mixed ionic-electronic conducting scaffolds in Zn powder: A scalable route to dendrite-free and flexible Zn anodes, Advanced Materials, 2022, https://doi.org/10.1002/adma.202200860