日期：
来源：能源学人收集编辑：Energist
水系锌基电池兼具水系电解质的高安全性和锌电极高理论比容量以及低成本，环境友好等优势，是有前景的下一代储能体系。在众多锌基电池中，锌镍电池具有较高的工作电压（~1.6 V）受到广泛的关注。此外，锌镍电池具有优异的倍率性能，在一次调频和不间断电源等需要高功率的应用中极具应用前景。然而，锌镍电池的商业化进程受到其较差循环性能的限制，这主要受限于放电产物(ZnO)在碱性介质中较高的溶解性，导致活性物质的不均匀再分布，从而引起枝晶的形成和电极形变的发生。根据锌电极的反应机制，锌电极的稳定性与界面处的电荷传输密切相关。迄今为止，发展了多种电解液改性和电极改性方法。其中，在锌电极表面涂覆保护层是一种有效的方法，有利于减少放电产物的溶解，从而抑制锌电极的形变和枝晶形成。此外，该保护层可以减少活性锌与电解质的接触，减缓副反应发生。但是平衡电极稳定性和反应活性对于构建高效的界面层是非常重要的。为了有效的提高电极稳定性，天津大学钟澄团队在ZnO颗粒表面原位构建了致密均匀的ZnS层作为锌镍电池阳极的活性材料。ZnO与ZnS界面存在电荷转移和再分配，具有较强的耦合作用，这种强相互作用有利于在界面处形成电场，促进电荷转移。此外，ZnS层还可以减少活性物质与电解质的接触，提高电极耐蚀性。ZnS层可以作为保护层抑制ZnO溶解到电解质中，减缓电极形变。同时，该保护层诱导Zn(OH)42−离子在阳极表面附近区域内扩散和富集，这有利于降低Zn(OH)42−的浓度梯度，并且在ZnS界面层两侧形成电势梯度诱导Zn在界面层下方的溶解和沉积。得益于提高的电极稳定性，所组装的锌镍电池日历寿命和循环寿命显著延长，在10 A (~138 mA cm−2)下稳定循环超过790 h，在20 A (~276 mA cm−2)超高放电电流下稳定循环超过690 h。图1（a）ZnO@ZnS制备过程示意图，（b）ZnO和制备的ZnO@ZnS350的XRD，（c）ZnO和（d）ZnO@ZnS350的SEM图像，（e）ZnO@ZnS350的EDS图谱，（f）ZnO@ZnS350的SEM图像和相应的元素分布。图2 ZnO@ZnS350的（a）TEM图像，（b）HRTEM，（c）SAED以及（d）HAADF-STEM图像和相应的元素分布，ZnO@ZnS350的XPS精细谱：（h）Zn，（i）O，（j）S，ZnO@ZnS350的（k）差分电荷密度图和相应的（l）二维切面图。 图3 ZnO和不同温度制备的ZnO@ZnS的（a）CV，（b）EIS，（c）UV–Vis光谱以及（d）Tafel极化曲线，（e）在KOH溶液中溶解的Zn含量，（f）ZnO@ZnS350不同扫速下的CV曲线，和（g）离子扩散贡献比例，（h）基于ZnO电极和ZnO@ZnS350电极的对称电池的溶解沉积稳定性。图4（a）基于ZnO和（b）ZnO@ZnS350电极的锌镍电池静置48 h后的电压和容量变化，（c）基于ZnO和ZnO@ZnS350电极的锌镍电池的倍率性能，（d）10 A放电电流下基于ZnO和ZnO@ZnS350电极的锌镍电池的放电能量保持率以及（e）充放电曲线，基于ZnO和ZnO@ZnS350电极的锌镍电池（f）不同电流下的放电容量和（g）中值电压，（h）20 A放电电流下基于ZnO和ZnO@ZnS350电极的锌镍电池的充放电曲线，（i）两个基于ZnO@ZnS350电极的串联锌镍电池在10 A下放电放电容量随循环周期变化以及驱动（j）发光灯带和（k）扫地机器人的照片。图5（a）ZnO电极和（b，c）ZnO@ZnS350电极循环后SEM图像，（d）不同循环周期下的ZnO@ZnS350电极的XRD，锌酸根在（e）ZnO-ZnS异质界面和（f）ZnS表面的吸附能，（g）ZnO电极和（h）ZnO@ZnS350电极循环后的三维光学照片，（i）ZnO电极和ZnO@ZnS350电极中锌溶解沉积机制。Xiaorui Liu, Haozhi Wang, Xiayue Fan, Qingyu Wang, Jie Liu, Wen Xu, Zhanyao Wu, Junchao Wan, Cheng Zhong, Wenbin Hu, Stabilizing zinc anodes for long-lifespan zinc–nickel battery through the in-situ construction of zincophilic interface layer, Energy Storage Materials, 2023.https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.03.025