支春义EES:锌/硒转换电池:一种与有机电解质和水电解质高度兼容的体系
Nanoyu Nanoyu 2021-03-02


锌离子电池(ZIBs)是公认的一种高安全性、易组装、环境友好型的水系电池。然而,ZIBs的工作电压仍然不是很理想,此外,Zn负极枝晶生长和腐蚀,以及析氢副反应也会导致水系ZIBs失效。安全的有机电解质为ZIBs的应用提供了新的可行性,其在电压高达3.8V的情况下可以实现在Zn负极上的可逆电沉积和高负极稳定性。然而,目前只有极少数正极材料可适应有机电解质。

近日,香港城市大学支春义教授报道了构建了一种转换型Zn-Se电池,得益于Se和ZnSe之间高度可逆的转化反应,它在有机电解质和水溶液电解质中都具有优异的性能。

文章要点

1为了削弱缓慢的界面电荷转移和去溶剂化问题的影响,将Se限域在有序介孔碳(Se/CMK-3)复合材料中,并将其用作有机和水性体系的正极材料。

2Zn-Se电池在有机体系中的容量为551 mAh gSe-1,在水体系中的容量为611 mAh gSe-1。详细的表征结果显示,Se和ZnSe之间存在明显的可逆转化。此外,所设计的Zn-Se电池在1 A g-1的两个体系中均具有优异的倍率性能和容量保持率(在有机和水体系中分别在500次循环和1000次循环后具有82.8%和80.3%的容量保持率)。

3两种体系均具有极高的稳定放电平台和低电压极化,对整体放电容量做出了显著贡献。此外,这种Zn电池还具有破纪录的能量密度,水体系高达751 Wh KgSe-1(375 Wh KgSe/CMK-3-1),有机体系高达581 Wh KgSe-1(290 Wh KgSe/CMK-3-1)。

这项工作对设计具有高能量密度和稳定输出电压的高性能有机/水系ZIBs具有重要的指导意义。

 

参考文献

Z. Chen, F. Mo, T. Wang, Q. Yang, Z. Huang, D. Wang, G. Liang, Q. Li, A. Chen, Y. Guo, X. Li, J. Fan and C. Zhi, Zinc/Selenium Conversion Battery: A System Highly Compatible to both Organic and Aqueous Electrolytes, Energy Environ. Sci., 2021

DOI: 10.1039/D0EE02999H

https://doi.org/10.1039/D0EE02999H


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