利用氧化碳纳米管薄膜调控锌离子电池中锌的沉积行为并抑制枝晶形成

TQ152; 水系锌离子电池凭借其高安全性、良好的成本效益以及环境友好的特性,被视为大规模储能领域极具潜力的候选者之一.然而,锌阳极表面不可控的枝晶生长以及相关副反应降低了电池的稳定性.本文通过浮动化学气相沉积法并结合在空气中的热处理,制备了空气氧化碳纳米管(O-CNT)薄膜,并将其作为锌箔的保护层以抑制枝晶的生长.空气氧化调节了薄膜的亲水性,促进了锌沉积在薄膜与锌箔之间的界面,而非薄膜的表面.同时,O-CNT薄膜的导电多孔结构能够均匀Zn2+流和锌箔表面电场,从而实现锌的均匀沉积.O-CNT@Zn对称电池的循环稳定性得到显著增强,在电流密度为1 mA cm-2容量为1 mAh cm-2的条件...

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Published in新型炭材料（中英文） Vol. 40; no. 1; pp. 154 - 166
Main Authors 李品祥, 易喆涵, 王业兴, 何畅, 梁骥, 侯峰
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 天津市低维电子材料及先进表征仪器研发重点实验室,天津 300072 2025
天津大学材料科学与工程学院先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室,天津 300072%Interdisciplinary Graduate Programme-Collaborative Initiative,Graduate College,Nanyang Technological University,Singapore 637371,Singapore
School of Physical and Mathematical Sciences,Nanyang Technological University,Singapore 637371,Singapore%天津大学材料科学与工程学院先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室,天津 300072
Subjects
Surface functionalization
亲水性
无枝晶
表面功能化
Hydrophilic
碳纳米管
Zn metal anodes
Carbon nanotubes
锌金属阳极
Dendrite-free
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ISSN1872-5805
1872-5805
DOI10.1016/S1872-5805(25)60950-4

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Summary:TQ152; 水系锌离子电池凭借其高安全性、良好的成本效益以及环境友好的特性,被视为大规模储能领域极具潜力的候选者之一.然而,锌阳极表面不可控的枝晶生长以及相关副反应降低了电池的稳定性.本文通过浮动化学气相沉积法并结合在空气中的热处理,制备了空气氧化碳纳米管(O-CNT)薄膜,并将其作为锌箔的保护层以抑制枝晶的生长.空气氧化调节了薄膜的亲水性,促进了锌沉积在薄膜与锌箔之间的界面,而非薄膜的表面.同时,O-CNT薄膜的导电多孔结构能够均匀Zn2+流和锌箔表面电场,从而实现锌的均匀沉积.O-CNT@Zn对称电池的循环稳定性得到显著增强,在电流密度为1 mA cm-2容量为1 mAh cm-2的条件下,寿命超过3000 h,即便在5 mA cm-2的高电流密度下,寿命也超过2000 h.此外,使用Mn2+预插层水合五氧化二钒(MnVOH)作为正极材料,O-CNT@Zn ‖MnVOH全电池的倍率性能优于Zn ‖MnVOH全电池,在8 Ag-1的电流密度下,具有194 mAh g-1的高放电容量.在长期循环测试中,O-CNT@Zn ‖ MnVOH全电池在5 A g-1的电流密度下经2000次循环后,容量保持率达58.8％.
ISSN:1872-5805
1872-5805
DOI:10.1016/S1872-5805(25)60950-4