新型复合锌阳极可延长锌锰水系电池寿命

近日，电子科技大学材料与能源学院教授刘兴泉团队在《德国应用化学国际版》发表研究成果，报道了采用高温熔融渗锌和液相还原二步策略，构建一种锌碳铋三层高尔夫型复合锌阳极，并将其用于高性能的锌/锰水系电池。

锌-锰水系电池（ZMABs）因其优越的安全性和经济可行性而备受关注。目前，商业锌箔是用于ZMABs的主要阳极（负极）材料。然而，由于其较低的利用率和制备过程中固有的复杂性，使其在工业中的实际应用受到了许多的限制。因此，将锌粉用作ZMABs的阳极材料时，其成本效益、出色的可加工性和可调节的制备手段而备受研究者们和产业界的青睐。

然而，与锌箔相比，由于锌粉的比表面积显著增加，其固态球形实心结构使得锌阳极更加复杂和难以操作。锌粉阳极由于长时间的不均匀电镀/剥离而容易出现不可控的电接触损失，导致活性物质从电极上分离，从而导致电池极化增加和库仑效率降低。此外，由于锌粉阳极的杨氏模量低、离子传输阻抗高且在水系电解液中极易腐蚀，在ZMABs的循环过程中不仅容易发生枝晶生长，而且极易发生析氢反应和Zn-Mn在电极上的非均匀沉积。因此，开发稳定耐用的锌粉阳极对于提高ZMABs的循环性能、安全性能和使用寿命至关重要。

基于此，刘兴泉团队采用高温熔融渗锌和液相还原二步策略构建了一种锌碳铋三层高尔夫型复合锌阳极，并将其用于高性能的锌/锰水系电池。采用该方法不仅增强了锌阳极的可逆性，显著抑制了锌阳极的腐蚀析氢反应，而且还显著延长了该电池的循环寿命。

由锌碳铋三层高尔夫型复合锌负极与二氧化锰正极组装的锌锰全电池实现了超长的循环寿命。在2 A·g^?1的大电流密度条件下，经过16000次循环后，电池的容量保持率仍为94.6%，预期寿命可能达到50000次以上，远远超过了使用纯锌粉ZP//CNT@MnO2全电池的循环寿命，该结果达到目前公开报道的国际领先水平。

本研究提出的高温熔融粉末渗锌策略及锌碳铋复合锌阳极的合理设计为锌锰水系电池的应用提供了新的思路，为克服水系锌锰电池的锌枝晶和析氢反应两大痛点提出了新的解决办法。

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202421217