近日，我所儲(chǔ)能技術(shù)研究部(DNL17)李先鋒研究員、張華民研究員團(tuán)隊(duì)，提出了一種利用磁控濺射技術(shù)在3D多孔碳?xì)蛛姌O上濺射金屬錫層的策略，在水系鋅基電池中實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋅沉積形貌的誘導(dǎo)，有效降低了鋅的電化學(xué)沉積過(guò)電位，緩解了鋅枝晶的生長(zhǎng)，使鋅基電池的庫(kù)倫效率與循環(huán)壽命顯著提升。

鋅負(fù)極具有本征電極電勢(shì)較低、動(dòng)力學(xué)快、循環(huán)性好、儲(chǔ)量豐富等特點(diǎn)，在鋅-溴、鋅-碘、鋅-鈰、鋅-鐵液流電池，鋅-鎳電池、鋅-空氣電池以及鋅離子電池等領(lǐng)域受到研究者廣泛關(guān)注。但是鋅的不均勻沉積導(dǎo)致枝晶生長(zhǎng)，枝晶會(huì)刺破隔膜，引起電解液互穿，使得電池庫(kù)倫效率下降，同時(shí)造成電池短路，導(dǎo)致電池性能的快速衰減;此外，鋅的異形生長(zhǎng)導(dǎo)致鋅脫落，不僅使電池的庫(kù)倫效率降低，還會(huì)造成電解液循環(huán)流道堵塞影響流場(chǎng)分布的均勻性，從而縮短電池的循環(huán)壽命。

為此，該研究團(tuán)隊(duì)選用低成本的金屬錫作為電化學(xué)沉積鋅的形貌誘導(dǎo)材料，利用磁控濺射技術(shù)使錫在沒(méi)有粘結(jié)劑的條件下牢固沉積在具有3D結(jié)構(gòu)的碳?xì)重?fù)極上，有效降低了鋅的沉積過(guò)電位，緩解了鋅枝晶的生長(zhǎng)。與基材相比，鍍錫電極無(wú)論在鋅-鋅對(duì)稱液流電池還是鋅-溴單液流電池中，其循環(huán)穩(wěn)定性和庫(kù)倫效率都得以顯著提升。此外，該研究團(tuán)隊(duì)利用超深度顯微鏡對(duì)鋅沉積過(guò)程進(jìn)行了原位表征，結(jié)合理論計(jì)算，對(duì)鋅沉積誘導(dǎo)的原因進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。這項(xiàng)工作為鋅負(fù)極以及其他金屬負(fù)極的研究提供了新思路。

相關(guān)研究成果于近日發(fā)表在《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)上。上述工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金、中科院STS項(xiàng)目等資助。