据中国科学技术大学网站消息，该校化学与材料科学学院陈维教授课题组，设计了一种稳定的金属/金属—锌合金异质结界面层，实现了大面容量(200mAh/cm2)下无锌枝晶的稳定沉积和溶解，并达到274Wh/kg的锌溴电池能量密度。另外，大容量锌溴电池展示出优异的循环稳定性，电池模组与光伏面板集成展示了其对可再生能源的存储能力。相关研究成果日前发表于国际期刊《自然·通讯》(Nature Communications)上。
水系锌电池具有低成本、长寿命、高安全的特点，是下一代大规模储能电池技术最有力的竞争者。然而锌电池面临一系列的问题，严重影响了其产业化进程：锌负极存在不可控的副反应如枝晶生长、析氢等，限制了电池的循环寿命；锌电池中过高的正负极比和较低的面容量降低了电池的能量密度；缺乏对Ah级大容量电池的性能研究及其在储能系统中的应用探索。
图1. Sb/Sb2Zn3异质结界面层稳定锌沉积的机理。
据EDN小编了解，该课题组研究人员设计了一种二维锑/锑锌合金(Sb/Sb2Zn3)异质结界面层用于稳定锌在大面容量下的沉积/溶解。Sb/Sb2Zn3异质结界面在锌沉积过程中表现出对锌原子较强的吸附性及均匀的电场分布，从而实现了200 mAh/cm2超高面容量下无枝晶的锌沉积/溶解(图1)。此外，使用Sb/Sb2Zn3异质结构界面修饰的无锌负极与溴正极结合装配成了无负极锌溴电池，显示出274 Wh/kg的理论能量密度以及62Wh/kg的实际能量密度。容量为500毫安时的大容量锌溴电池表现出超过400次的稳定循环。进一步放大到1.5Ah的电池在不同的串并联形式下均表现出优异的放电电压和效率。同时，能量为9 Wh (6 V,1.5 Ah) 的锌溴电池模组与光伏板集成展示了其实用的可再生能源储存能力(图2)。
图2. 大容量锌溴电池的研究及其在储能中的实际应用。
据介绍，该研究成果通过设计金属/金属锌合金异质结界面获得了具有优异性能的无负极锌溴电池，将为锌电池在大规模储能中的应用开辟新的道路。
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