关闭
中南微博
人民微博
中南微信
欢迎您进入FC星际捕鱼10大风水迴避新闻网 现在是:
 

 

FC星际捕鱼10大风水迴避梁叔全、周江团队连续发表锌金属负极新成果

来源:材料科学与工程学院 点击次数:次 发布时间:2024年04月01日 作者:蔡圳阳

本网讯 近期,FC星际捕鱼10大风水迴避材料科学与工程学院梁叔全、周江团队提出体相锌合金和锌金属织构调控改性策略,有效抑制锌枝晶生长和副反应,成果先后发表在国际顶级期刊《自然通讯》(Nature Communications)上。FC星际捕鱼10大风水迴避为上述成果的第一署名单位和唯一通讯单位。

综合安全、成本和环保等因素,水系锌二次电池将成为下一代大规模储能和为可穿戴/可植入电子器件供能的重要候选者。但锌金属负极仍面临着枝晶生长、腐蚀副反应等电化学稳定性差难题,严重影响了水系锌二次电池的电化学性能和寿命。该团队研究成果主要解决锌负极面临的问题。

在体相合金策略方面,该团队结合二元合金相图,采用“熔炼-轧制”法合成了一种锌钛双相合金,并证实了含钛金属间化合物TiZn16在晶界处择优分布,深入探究了锌金属负极的腐蚀起源,证实了腐蚀反应主要沿晶界发生,并发现TiZn16热力学稳定在晶界处有助于抑制晶间腐蚀,降低了形核阶段的能量势垒,促进其颗粒状的均质沉积,同时丰富的锌核与界面电场相互作用引导了均匀的锌沉积,并证实了锌钛合金上混合的三维瞬时与渐进的形核生长模式。该锌钛合金负极能够稳定循环4000次,平均库仑效率高达99.85%,将该合金负极与钒酸铵正极组装的多层软包电池,经过500次循环后,容量保持率达85%。相关成果以“用于长效水锌电池的锌钛合金晶粒边界稳定性(Tailoring grain boundary stability of zinc-titanium alloy for long-lasting aqueous zinc batteries)”为题发表。

在锌金属织构调控方面,该团队深入研究了Zn(0002)金属负极织构调控的核心标准和其原子级的外延生长机制。该工作发现,只要在具有(0002)织构的锌金属负极中存在少量偏离[0001]取向的晶粒就会导致其外延机制的失效。因此,该团队提出并设计了一种[0001]单轴定向的锌金属负极,具有单一的Zn(0002)织构,能够从根本上消除外延界面的晶格失配度。即使在深度放电和高比容量下,在其表面沉积的锌表现出超持续的外延生长模式和较低的内应力。借助高角度暗场扫描透射电子显微镜技术,该团队观察到锌原子在具有单一Zn(0002)织构的锌金属负极表面按照“~ABABAB~”的排列次序逐层生长。作为验证,Zn(0002)金属负极表现出优异的电化学性能,组装的Zn//NH4V4O10软包电池循环450次后容量为220mAhg-1,容量保持率为80%。该研究强调了制备仅具有单一(0002)织构锌金属负极的重要性,并为其它高可逆金属电极的制备提供了新的思路和理论指导。相关成果以“[0001]单轴定向的锌金属负极实现锌电池可持续发展(Single [0001]-oriented zinc metal anode enables sustainable zinc batteries)”为题发表。

Zn(0002)金属电极的同质外延机制图。该团队率先通过球差电镜证实单一Zn(0002)金属电极表面的Zn-Zn同质外延生长机制,并从原子尺度观察到电极表面严格按照“ABABAB”的模式有序生长。

据悉,近5年,该团队在国家级青年人才项目、国家自然科学基金重点、青年项目、湖南省“杰青”、湖湘青年英才等项目的持续支持下,在锌二次电池领域取得了系列重要研究成果,3篇论文入选“中国百篇最具影响国际学术论文”,先后入选ESI高被引论文90余篇,热点论文30余篇,其中2018年受邀发表在ACS Energy Letters的综述,是该期刊历史引用第一名,已被引1500余次。

(一审:王艺伟 二审:唐潇珺 三审:李殷)


新闻排行