新型水系鋅離子電池憑借比容量高、安全性好等特點(diǎn)，有望成為新一代電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)。然而，其在商業(yè)化應(yīng)用上仍然面臨著諸多難題，其中一個(gè)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)就是枝晶生長(zhǎng)。日前，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所能源材料與器件制造研究部胡林華研究員團(tuán)隊(duì)提出一種全新策略，可以極大提升水系鋅離子電池充放電可逆性和循環(huán)穩(wěn)定性能。相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)際期刊《儲(chǔ)能材料》上。
枝晶是以樹枝狀形態(tài)生長(zhǎng)的晶體，它們就像冬天尖銳的冰錐，不僅攻擊性強(qiáng)，還可能刺穿電池的“心臟”，使得正負(fù)極直接導(dǎo)通，引發(fā)電池短路失效。鋅離子電池的枝晶生長(zhǎng)主要發(fā)生在鋅負(fù)極上，電池充放電時(shí)間越久，形成枝晶的概率越大，影響電池性能。因此，抑制枝晶生長(zhǎng)是延長(zhǎng)電池壽命的關(guān)鍵因素。
科研團(tuán)隊(duì)利用一種名為“最高占據(jù)分子軌道能級(jí)”的分子特性，篩選出能夠穩(wěn)定鋅負(fù)極的非犧牲性陰離子型表面活性劑作為電解液添加劑。它們就像是為電池尋找合適的“保護(hù)劑”，以此抑制鋅枝晶的生長(zhǎng)。
結(jié)合理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究，科研人員發(fā)現(xiàn)使用十二烷基苯磺酸鈉作為添加劑能夠滿足“保護(hù)劑”的要求。這種化學(xué)物質(zhì)是工業(yè)上廣泛應(yīng)用的清潔劑、乳化劑等，還是日常生活中洗衣粉、洗潔精的主要去污成分之一。在實(shí)驗(yàn)中，該添加劑的使用顯著提升了電池的循環(huán)特性，穩(wěn)定性(電池的循環(huán)次數(shù))提升了30倍，平均庫(kù)倫效率(鋅沉積與剝離的可逆性的比)也達(dá)到了98.15%。
這項(xiàng)研究成果找到了水系鋅離子電池的“長(zhǎng)壽秘方”，提高了電池性能，延長(zhǎng)了電池壽命，不僅為水系鋅離子電池的發(fā)展開辟了新的道路，也為其他電池中金屬負(fù)極的穩(wěn)定化提供了新思路。
