基于硼烯/石墨烯功能复合界面的制备及其在锌离子电池中的应用性能研究

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能源是我们人类生存发展所必不可少的基础和保障,水系锌离子电池由于其低成本、高安全性和生态友好的优点,为下一代能源存储系统带来了令人兴奋的前景。在锌离子电池的研究过程中,探索环境友好、电化学性能优异的负极材料是非常重要的。目前常用金属锌作负极,但在充放电过程中锌的腐蚀、析氢和枝晶问题严重延缓了商业化应用的步伐。基于界面设计的思路,通过在锌金属负极表面涂覆一层修饰材料来调控固液界面反应,是一种可行的锌金属负极改性方法。电化学和化学稳定的镀层作为界面钝化层,避免了锌金属负极与电解液的直接接触,显著抑制了锌金属的腐蚀以及电催化剂析氢反应(HER)和副产物的形成。 本项目提供了一种基于电沉积法制备的石墨烯/硼烯异质结复合界面改性的高性能锌负极(B&G@Zn)。高导电性的石墨烯和硼烯可以构建亲锌界面和快速导电网络结构,使锌的形核和生长均化、降低水合锌离子的去溶剂化能。此外,该功能夹层还可以作为坚固的防护层,诱导Zn2+沿着优势晶面均匀致密地沉积,有效抑制了析氢和腐蚀副反应的发生。随后将改性后的锌负极匹配制备为锌-锌对称电池,实现了优异的循环性能,在5 mA cm-2,1 mAh cm-2的充放电条件下,B&G@Zn对称电池展现出29.8 mV的较低电压滞后,以及长达1950 h的循环寿命,相较于未改性锌来说有显著的提高。 此外,本项目采用的电沉积法,有利于工业化大规模生产,成本低,利于锌离子电池实现实际化应用。