近日，江西省颗粒系统仿真与模拟重点实验室青年教师范兰兰，顾锋研究员及熊仕显副教授联合天津工业大学材料学院李振环教授在水系锌离子电池负极保护方面取得新进展。相关成果以“Enabled Uniform Zn Stripping/Plating by Natural Halloysite Nanotube Coating with Opposite Charge for Aqueous Zn-Ion Batteries”为题发表在国际知名期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering（中科院1区，TOP期刊，IF=8.198）。
水系锌离子电池以其高安全、环保以及低成本等特点受到越来越多的关注，并有望主导未来储能系统市场。然而，水系锌离子电池在充放电过程中，由于水基电解液中锌负极侧难以避免会出现枝晶生长、析氢和腐蚀等棘手问题，严重限制了电池的性能。本工作通过采用简单的刮涂方法将埃洛石纳米管（HNTs）涂敷到金属锌表面旨在削弱锌枝晶和副反应。一方面，得益于 HNTs 独特的管状结构，HNTs@Zn 板可以实现出色的润湿性和低电荷转移电阻。此外，HNTs 涂层降低了锌表面的锌离子吸收能垒。HNTs结构中外侧硅氧表面带负电，可吸附其附近的锌离子进而加快离子转移动力学，同时，HNTs结构内侧铝氧表面带正电，可吸附其附近的阴离子，进而减弱锌离子的溶剂化现象。与传统锌箔的对称电池相比，HNTs@Zn电极具有较小的电荷转移电阻（227 vs 2174 Ω）、较低的初始电压滞后（10 vs 23 mV）和更长的寿命（2000 vs 600 h）。此外，基于HNTs@Zn //V2O5水系锌离子电池显示出超过 3000 次循环的容量保持率（82%）。
图 1 HNTs@Zn和裸Zn电极的对称电镀/剥离测试
图 2 裸Zn及HNTs@Zn表面剥离/镀锌行为示意图
本工作的开展得到了国家自然基金、江西省自然科学基金、江西省教育厅青年基金的资助。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.1c08646.
