發(fā)布時(shí)間：2020-12-25 02:25

　　鋅-空氣電池具有高的理論能量密度（1086W?h/kg）、高安全性和低成本等優(yōu)點(diǎn),在電動(dòng)汽車和便攜式電子設(shè)備等應(yīng)用中有望成為儲(chǔ)能設(shè)備的候選,因此受到了廣泛關(guān)注。鋅陽(yáng)極作為鋅-空氣電池的核心部位,目前面臨諸多挑戰(zhàn):如枝晶生長(zhǎng)、形變、鈍化、析氫腐蝕等,限制了二次鋅-空氣電池的進(jìn)一步發(fā)展和商業(yè)化,如何解決鋅陽(yáng)極存在的這些問(wèn)題成為發(fā)展鋅-空氣電池的研究熱點(diǎn)。當(dāng)前,發(fā)展鋅-空氣電池的關(guān)鍵是開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)具有良好可逆性和長(zhǎng)循環(huán)壽命的鋅陽(yáng)極材料,研究重點(diǎn)主要在于陽(yáng)極添加劑、合金化、包覆及混合電池等。本文主要綜述了最近幾年關(guān)于鋅基電池鋅陽(yáng)極研究的一些突破和最新進(jìn)展,這些信息可應(yīng)用于二次鋅-空氣電池。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào). 2020年08期 北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：11 頁(yè)

【部分圖文】：

可充放電鋅-空氣電池結(jié)構(gòu)示意圖[10]

枝晶的形成主要是由鋅的不均勻沉積引起，而鋅陽(yáng)極表面不均勻的Zn(OH)42-濃度分布是造成該現(xiàn)象的原因之一。在理想情況下，Zn(OH)42-均勻地分布在整個(gè)鋅陽(yáng)極表面，然而在實(shí)際情況中，鋅陽(yáng)極表面附近的Zn(OH)42-由于電滲壓力、重力等因素引起的自然對(duì)流而遷移[10]，導(dǎo)致其在鋅陽(yáng)極表面的分布極不均勻，沉積后的鋅陽(yáng)極表面將會(huì)凹凸不平。在接下來(lái)的循環(huán)中，電解質(zhì)中的Zn(OH)42-會(huì)優(yōu)先沉積在鋅陽(yáng)極的凸面，因?yàn)榭拷\陽(yáng)極的突起表面處具有更高的Zn(OH)42-濃度[12]。隨著不斷地充放電循環(huán)，枝晶會(huì)不斷生長(zhǎng)延伸，最后脫落成為死鋅，甚至可能刺穿隔膜導(dǎo)致電池短路。鋅陽(yáng)極的形變是由放電產(chǎn)物鋅酸鹽不能有效沉積為氧化鋅所致。由于鋅酸鹽在堿性溶液中具有較高的溶解度，鋅陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng)(1)后往往不經(jīng)過(guò)反應(yīng)(2)就直接進(jìn)入到電解質(zhì)溶液中，充電時(shí)，鋅酸鹽并不會(huì)在原來(lái)的位置沉積為鋅，而是在重力或電滲壓力的影響下反復(fù)沉積在鋅陽(yáng)極的凸面，經(jīng)過(guò)多次充放電循環(huán)后，電極就會(huì)發(fā)生形變，造成容量衰減。

最近，一種新型核殼結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極引起了研究者的廣泛興趣[67-69]，該結(jié)構(gòu)結(jié)合了表面包覆和原位摻雜兩種方法的優(yōu)勢(shì)。YANG等[67]通過(guò)溶劑熱法合成了核殼結(jié)構(gòu)陽(yáng)極材料Zn O@Bi/C，該材料的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性質(zhì)如圖5所示，鉍的摻雜和碳的包覆大大提高了Zn O陽(yáng)極電導(dǎo)率和活性物質(zhì)的利用率，該陽(yáng)極的電荷轉(zhuǎn)移阻抗(Rct)僅為3.18Ω(純Zn O陽(yáng)極Rct高達(dá)12.22Ω)，體現(xiàn)了其高電化學(xué)反應(yīng)活性。此外，Zn O@Bi/C陽(yáng)極經(jīng)過(guò)180次充放電循環(huán)其比容量幾乎沒(méi)有衰減，且?guī)靷愋矢哌_(dá)92.4%(純Zn O陽(yáng)極為73.3%)，這是摻雜和包覆相互協(xié)同的結(jié)果。FU等[68]合成了Zn O@C-Zn Al LDHs核殼結(jié)構(gòu)陽(yáng)極材料，發(fā)現(xiàn)以1C倍率充放電循環(huán)400次后，該陽(yáng)極容量保持率高達(dá)81.6%，而純Zn O陽(yáng)極以1C倍率充放電循環(huán)200次后，其容量保持率僅為46.3%。在Zn O@C-Zn Al LDHs核殼結(jié)構(gòu)陽(yáng)極中，原位摻雜的碳具有較高的電導(dǎo)率，有利于高電流密度下電荷的快速傳輸，包覆的Zn-Al LDHs結(jié)構(gòu)可以為鋅的沉積提供基質(zhì)，改善了鋅陽(yáng)極在循環(huán)過(guò)程中的“溶解-沉積”過(guò)程。上述研究表明，大多數(shù)包覆物都能防止活性物質(zhì)鋅與電解液直接接觸，從而改善電池的循環(huán)性能，一些具有導(dǎo)電性的包覆物(金屬氧化物和碳材料等包覆物)還能提高電池的庫(kù)倫效率，將原位摻雜和包覆相結(jié)合的核殼結(jié)構(gòu)在改善電池綜合性能上具有更好的效果。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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