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双功能铜铟合金界面层助力Ah级锌金属软包电池

日期： 2024-11-11
浏览次数: 96
来源：厦门大学化学化工学院


近日，我院赵金保教授/杨阳副教授团队在锌金属电池负极界面设计的研究中取得新进展，相关成果以“Synergetic Bifunctional Cu-In Alloy Interface Enables Ah-Level Zn Metal Pouch Cells”为题发表在Nature communications期刊（DOI: 10.1038/s41467-024-53831-z）。
可充电水系锌金属电池（AZMBs）已经成为下一代大规模电化学储能技术的备选方案之一。然而，锌负极侧严重的枝晶生长、析氢副反应（HER）以及惰性副产物积累严重阻碍了其实用化进程。此外，对于实用化的软包电池构型（>1 Ah），锌负极侧在扣式电池中可忽略的微小缺陷会因为更大的面积以及更小的外部压力被放大，导致电池快速失效。基于此，赵金保教授/杨阳副教授团队通过一种简易的化学共置换手段，在锌负极表面构筑了一层三维的Cu-In合金界面，同时实现了锌成核和析氢的协同调控。理论计算和实验结果表明，这种双功能的Cu-In合金界面分别继承了来自铜和铟的低锌成核过电位和高析氢过电位的优点。在Cu-In合金的协同改性下，对称电池运行寿命达到一年以上，电压滞后仅为6 mV。最重要的是，得益于可靠的协同调节效果以及易扩展的制备方式，CuIn@Zn负极成功地与高负载碘正极匹配，从而实现了稳定循环（>1700圈）的安时级（1.1 Ah）叠片软包电池，为开发实用化的锌金属电池提供了新的思路。
该工作在我院赵金保教授和杨阳副教授指导下完成，我院2022级博士研究生张明浩为论文第一作者。我院研究生孙晨曦、陈冠红、亢元红、吕泽恒、杨锦、李思洋、林鹏翔、唐溶，以及广东工业大学李成超教授和温志鹏博士参与并协助工作完成。此外，我院乔羽教授和博士生唐泳麟，以及昆明理工大学李雪教授和博士生杨文豪对本工作部分测试提供了支持。该论文得到国家自然科学基金（22379125、22109030、22021001），中央高校基本科研业务费（20720220073）、云南省重点研发计划项目（202103AA080019）、福建省对外合作项目（2022I0002）等，以及嘉庚创新实验室和固体表面物理化学国家重点实验室的支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-53831-z
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