電池網從中國科學技術大學獲悉,該?;瘜W與材料科學學院陳維教授課題組,設計了一種穩定的金屬/金屬-鋅合金異質結界面層,實現了大面容量下無鋅枝晶的穩定沉積和溶解反應以及高達274Wh/kg的鋅溴電池能量密度。另外,大容量鋅溴電池展示出優異的循環穩定性,電池模組與光伏面板集成展示了其對可再生能源的存儲能力。

1月10日消息,電池網從中國科學技術大學獲悉,近日,該?;瘜W與材料科學學院陳維教授課題組,設計了一種穩定的金屬/金屬-鋅合金異質結界面層,實現了大面容量(200mAh/cm2)下無鋅枝晶的穩定沉積和溶解反應以及高達274Wh/kg的鋅溴電池能量密度。另外,大容量鋅溴電池展示出優異的循環穩定性,電池模組與光伏面板集成展示了其對可再生能源的存儲能力。相關研究成果日前發表于國際期刊《自然·通訊》上。

水系鋅電池具有低成本、長壽命、高安全的特點,是下一代大規模儲能電池技術最有力的競爭者。然而鋅電池面臨一系列的問題,嚴重影響了其產業化進程:1)鋅負極存在不可控的副反應如枝晶生長、析氫等,限制了電池的循環壽命;2)鋅電池中過高的正負極比和較低的面容量降低了電池的能量密度;3)缺乏對Ah級大容量電池的性能研究及其在儲能系統中的應用探索。

大容量高能量密度水系鋅電池問世 為大規模儲能應用開辟新道路

圖1. Sb/Sb2Zn3異質結界面層穩定鋅沉積的機理。a鋅沉積在鋅箔和Sb/Sb2Zn3異質結界面層上的示意圖;b鋅在鋅箔和Sb/Sb2Zn3異質結界面層上的吸附能;c, d鋅在鋅箔和Sb/Sb2Zn3異質結界面層上的電荷密度分布;e, f鋅箔和Sb/Sb2Zn3異質結界面層在鋅沉積過程中的電流密度分布。

大容量高能量密度水系鋅電池問世 為大規模儲能應用開辟新道路

圖2.大容量鋅溴電池的研究及其在儲能中的實際應用。a大容量鋅溴電池結構示意圖;b大容量鋅溴電池的實物圖;c容量為500mAh電池的循環曲線;d單體容量為1.5Ah的鋅溴電池在不同連接形式下的放電曲線;e, f 9Wh(6V,1.5Ah)的鋅溴電池模組存儲可再生能源的應用展示。

該論文設計了一種二維銻/銻鋅合金(Sb/Sb2Zn3)異質結界面層用于穩定鋅在大面容量下的沉積/溶解。Sb/Sb2Zn3異質結界面在鋅沉積過程中表現出對鋅原子較強的吸附性及均勻的電場分布,從而實現了200mAh/cm2超高面容量下無枝晶的鋅沉積/溶解(圖1)。此外,使用Sb/Sb2Zn3異質結構界面修飾的無鋅負極與溴正極結合裝配成了無負極鋅溴電池,顯示出274Wh/kg的理論能量密度以及62Wh/kg的實際能量密度。容量為500毫安時的大容量鋅溴電池表現出超過400次的穩定循環。進一步放大到1.5Ah的電池在不同的串并聯形式下均表現出優異的放電電壓和效率。此外,能量為9Wh(6V,1.5Ah)的鋅溴電池模組與光伏板集成展示了其實用的可再生能源儲存能力(圖2)。本論文通過設計金屬/金屬鋅合金異質結界面獲得了具有優異性能的無負極鋅溴電池,這將為鋅電池在大規模儲能中的應用開辟新的道路。

[責任編輯:張倩]

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