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【能源】基于氫鍵定向重構(gòu)的木糖醇添加劑用于調(diào)控鋅離子遷移和穩(wěn)定鋅負(fù)極

時間：2023-02-06 來源： 瀏覽：

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水系鋅離子電池具有較高的理論能量密度、成本低廉、負(fù)極氧化還原電勢低、安全穩(wěn)定等優(yōu)點，是應(yīng)對當(dāng)前能源和環(huán)境危機(jī)的重要新型儲能技術(shù)。然而，鋅負(fù)極存在枝晶生長、析氫等不利副反應(yīng)影響其大規(guī)模推廣。電解質(zhì)作為鋅基器件的核心部件，起著橋接電極和引導(dǎo)離子傳輸?shù)年P(guān)鍵作用，因此無需復(fù)雜制備過程的電解質(zhì)改性工程被認(rèn)為是解決水系電池瓶頸問題的重要方法之一。
向傳統(tǒng)鋅鹽中引入合適的添加劑，可對鋅離子溶劑鞘結(jié)構(gòu)做出修飾，是一種簡便、有效的穩(wěn)定鋅金屬化學(xué)的方法。在眾多添加劑中，多羥基分子作為一類具有較強(qiáng)表面電荷密度的材料，展現(xiàn)出優(yōu)異的親鋅性和親水性，有望在鋅負(fù)極/電解液界面處對鋅離子的遷移和沉積進(jìn)行調(diào)控。而多羥基分子與電解液中各組分的相互作用關(guān)系還有待深入研究。

圖1. 木糖醇添加劑對電解質(zhì)中 Zn 2+ 溶劑鞘結(jié)構(gòu)和界面化學(xué)調(diào)控的示意圖。圖片來源： Angew. Chem. Int. Ed.
近日， 浙江師范大學(xué)胡勇 教授和 謝斌斌 副研究員合作， 通過在ZnS O 4 溶液中加入少量木糖醇分子作為添加劑，實現(xiàn)氫鍵網(wǎng)絡(luò)的定向重構(gòu)，顯著提升鍍鋅/剝離的可逆性以及鋅離子電池的儲能性能。 木糖醇可同時充當(dāng)氫鍵供體和受體的功能，對于調(diào)控鋅離子溶劑鞘結(jié)構(gòu)具有獨特的優(yōu)勢。少量添加劑的引入可將部分配位水分子和硫酸根陰離子從初始溶劑鞘中排出，減少強(qiáng)、中氫鍵比例，抑制自由水活性，屏蔽靜電耦合，提升鋅離子的傳輸效率。同時，DFT理論計算模擬表明木糖醇可優(yōu)先吸附于鋅金屬表面，構(gòu)筑起對鋅離子擴(kuò)散和沉積有調(diào)控作用的SEI層，均勻表面電場分布和離子通量，降低脫溶劑化能，實現(xiàn)穩(wěn)定鋅沉積。得益于鋅離子遷移和沉積電化學(xué)行為的改善，對稱鋅電池可在1 mA c m –2 電流密度下穩(wěn)定循環(huán)1100小時以上。最終，該含木糖醇添加劑的ZnS O 4 電解液促使鋅離子電池展現(xiàn)出較高的比容量，優(yōu)異的倍率性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。該工作為解決多羥基分子在水系電解液能源應(yīng)用中的固有問題提供了一種新策略。
這一成果近期發(fā)表在 Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是浙江師范大學(xué) 王宏飛 博士和 葉武全 博士生。
原文（掃描或長按二維碼，識別后直達(dá)原文頁面）：
Modulating Cation Migration and Deposition with Xylitol Additive and Oriented Reconstruction of Hydrogen Bonds for Stable Zinc Anodes
Hongfei Wang,+ Wuquan Ye,+ Bowen Yin, Kexin Wang, Muhammad Sohail Riaz, Bin-Bin Xie,* Yijun Zhong, and Yong Hu*
Angew. Chem. Int. Ed ., 2023 , DOI: 10.1002/anie.202218872
胡勇教授簡介

胡勇 ，浙江師范大學(xué)二級教授、博士生導(dǎo)師，浙江省“萬人計劃”杰出人才，浙江省首批“萬人計劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，浙江省有突出貢獻(xiàn)中青年專家。2006年6月獲得中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)系無機(jī)化學(xué)專業(yè)博士學(xué)位。2006年至2008年期間在新加坡南洋理工大學(xué)從事博士后研究工作。2008年底起就職于浙江師范大學(xué)。
主要從事于先進(jìn)功能材料與無機(jī)合成化學(xué)的基礎(chǔ)研究，在無機(jī)納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑方法、組裝設(shè)計、基于微結(jié)構(gòu)的性能表征、應(yīng)用探索及協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)等方面取得一定的研究進(jìn)展。目前已發(fā)表SCI論文140余篇 (其中IF>10, 共53篇)，ISI檢索被他人論文引用10000余次，H因子54，入選科睿唯安2022年度全球“高被引科學(xué)家”。其中以通訊作者身份在化學(xué)、材料領(lǐng)域國際重要期刊，如： Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Nano Energy 等上面發(fā)表一系列文章。
https://www.x-mol.com/university/faculty/14546
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