面向高性能锌离子电池的超薄金属负极表面工程
材料科学
2022-06-13 v1 应用物理
摘要
锌金属电池已被认为是可再生能源存储与电网储能中一种有前景的替代储能技术。众所周知，锌金属负极的表面取向对锌金属电池的可逆性至关重要。本文中，通过在 ZnSO4 水溶液中添加二甲基亚砜（DMSO）电解液添加剂，在 Cu 表面电沉积出（101）取向的薄锌金属负极（薄至 2 {\mu}m）。扫描电子显微镜（SEM）观察表明形成了平坦台地状致密的（101）取向表面。原位光学观察证实（101）取向表面可可逆地镀覆与剥离。DFT 计算揭示了 Zn-(101) 表面成核与生长的两种机制：（1）与 Zn(002)//Cu(001) 相比，形成 Zn(101)//Cu(001) 可降低界面能；（2）DMSO 和 H2O 吸附引起 Zn（101）表面的巨大重构。拉曼、XPS 和 ToF-SIMS 表征表明，在 ZnCl2 中添加 DMSO 可促进锌金属表面基于 ZnO 的 SEI 形成，而在 ZnSO4 中加 DMSO 则可获得基于 OH- 和 S 的 SEI。电化学测试表明，在相同电极厚度下，（101）取向锌在半电池中具有更高的循环性能，且相较于（002）主导表面具有更低的电荷转移势垒。进一步组装了 Zn||V2O5 全电池，显示在相同厚度（5 {\mu}m、3 {\mu}m 和 2 {\mu}m）下，（101）-Zn 比（002）-Zn 具有更好的容量保持率。我们希望本研究能激发对超薄锌金属负极锌金属表面晶面取向控制的进一步兴趣。
引用
@article{arxiv.2206.05115,
title = {Surface engineering for ultrathin metal anodes enabling high-performance Zn-ion batteries},
author = {Ziyi Hu and Linming Zhou and Dechao Meng and Liyan Zhao and Yihua Li and Yuhui Huang and Yongjun Wu and Shikuan Yang and Linsen Li and Zijian Hong},
journal= {arXiv preprint arXiv:2206.05115},
year = {2022}
}
备注
21 Pages 6 Figures