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《【Materials Futures】新型固态 ZnI2 电池设计为可持续储能打开大门》

  • 来源专题：新能源汽车
  • 编译者： 王晓丽
  • 发布时间：2024-06-07

  • 可充电锌碘水电池因其安全、成本低、理论容量高而备受关注。锌具有很高的理论容量（820 mAh g-1），而碘则大量存在于地壳中。然而，锌碘电池有限的循环寿命仍然是其市场可行性面临的重大挑战。

    锌电极在水性电解质中的热力学不稳定性总是导致氢的释放，从而使电池膨胀并最终失效。此外，在水性电解质中，碘阴极经常会发生可逆氧化还原反应，涉及三碘化物、碘化物和多碘化物（I3-/I-/I5-）。氧化锌和 Zn(OH)42- 钝化层可能会进一步与三碘化物相互作用，加剧对锌阳极的不利影响。因此，减轻锌表面的这些寄生副反应对于实现长寿命可充电 ZnI2 电池至关重要。

    澳大利亚生物工程和纳米技术研究所（AIBN）等机构的研究人员报告了一类新型含氟嵌段共聚物作为固态电解质，用于开发延长使用寿命的全固态 ZnI2 电池。研究结果表明，在这种固体电解质中循环的锌金属阳极会形成稳定的富氟 SEI 层，从而促进锌在水平方向的沉积，防止有害锌枝晶的生长，以免损坏隔膜并导致电池故障。

    此外，这种固体电解质还能有效缓解 I3- 穿梭问题，延长电池的使用寿命。使用这种固体电解质组装的对称电池在 0.2 mA cm-2 的条件下可稳定电镀和剥离约 5000 小时。整块 ZnI2 电池的额定电流为 0.5 C，寿命更长，速率性能令人印象深刻，在超过 7,000 次循环（超过 10,000 小时）后，库仑效率接近 100%。该电解液具有出色的速率性能，即使在 20 C 的超高电流密度下也能提供 79.8 mAh g-1 的可逆容量。

    这些结果凸显了这种全固态电池巨大的商业潜力。这项研究为设计无树枝状锌金属阳极和超长电池寿命的下一代 ZnI2 电池的氟固态聚合物电解质开辟了一条新途径。

    未来的研究将在控制成本的同时，探索这种电池更多的实际应用场景。这种固态 ZnI2 电池采用了基于固体全氟聚醚 (PFPE) 的聚合物电解质，在锌上形成了固体电解质相间层 (SEI)，促进了锌的水平生长，减轻了枝晶渗透，提高了电池的循环寿命。

    此外，固体电解质还能阻碍碘离子穿梭效应，减少锌箔腐蚀。采用这种电解质的对称电池具有出色的循环性能，在室温下可保持稳定约 5,000 小时，而固态 ZnI2 电池的循环次数超过 7,000 次，容量保持率超过 72.2%。

    这项研究为在固态 ZnI2 电池中实现可靠的能量存储提供了一条前景广阔的途径，并为柔性和可穿戴锌电池引入了创新概念。

    原文链接: Yongxin Huang et al, Enhancing Performance and Longevity of Solid-State Zinc-Iodine Batteries with Fluorine-Rich Solid Electrolyte Interphase, Materials Futures (2024). DOI: 10.1088/2752-5724/ad50f1

  • 原文来源：https://techxplore.com/news/2024-06-lithium-solid-state-zni-battery.html
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    • 来源专题：能源情报网监测服务平台
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  • 《镁基固态储氢材料 能否成下一个储能风口？》
    • 来源专题：能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2023-02-18
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