金屬電極酸蝕改性
關注創建者：匿名 創建時間：2021-10-19
金屬電極酸蝕改性的實例教程
其中，水基鋅金屬電池因其理論容量高(820mAh g?1或5855mAh cm?3)和低還原電位(?0.76V對標準氫電極)而備受關注。然而，鋅金屬電池仍存在一些關鍵問題，如枝晶生長失控、電解液腐蝕嚴重、析氫低等。電沉積不均勻和耐蝕性差是獲得穩定鋅金屬陽極的根本障礙。電極表面/界面的特性與其性能密切相關。
來自河北工業大學等單位的學者通過一種簡單的酸蝕方法對(002)Zn面裸露的Zn表面進行改性，原位生成的鋅化合物在鋅電極上形成了一個界面層，具有很強的粘附性，可以增強鋅離子的動力學，從而調節鋅電極的沉積/溶解行為。本文選擇了多種具有功能性陽離子的酸，其中磷酸對鋅的蝕刻具有更高的織構程度，并產生更致密的層。所制得的磷酸鋅電極在對稱型和全鋅金屬電池中具有穩定的循環性能和快速的動力學性能。本研究為高性能水基金屬鋅陽極的表面和界面聯合改性提供了一個新的實例。
展開 可充電金屬鎂電池是以金屬鎂為負極的一類廉價、高安全性且具有高能量密度等潛在優勢的新型電化學儲能技術，其有望成為解決可再生能源利用效率低、電能源使用安全性差等問題重要儲能技術之一。然而，當前金屬鎂負極在較高電流密度、較高面容量以及不同電解液中存在不均勻電沉積甚至枝晶生長等行為。此外，金屬鎂負極在多數電解液體系中存在較大的沉積/溶解過電勢（通常大于100 mV）和較差的沉積/溶解庫倫效率，上述問題直接影響著可充電金屬鎂電池的安全運行、可逆容量以及循環壽命等電化學性能。
青島科技大學材料學院張忠華副教授、李桂村教授和中科院青能所崔光磊研究員等人在金屬鎂電池負極電沉積形貌調控方面提出了基于勻化電場、幾何限域以及化學吸附等協同耦合的改性策略，該科研成果以“Uniform magnesium electrodeposition via synergistic coupling of current homogenization, geometric confinement and chemisorption effect”為題發表在材料領域國際著名期刊Advanced Materials（影響因子27.398）上。該工作青島科技大學為第一單位，第一作者為該校材料學院2018級碩士研究生宋子豪。
文章鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202100224
本工作研究了在宏觀和微觀尺度下金屬負極均勻生長的臨界條件：
1）電場效應：
以Haring-Blum電池模型為基礎，采用近陰極和遠陰極表面電流密度之差來描述電流密度分布，即由電極表面的尺寸差所引起的電場效應。
展開 金屬鋰擁有高的比容量和最低的還原電勢，鋰金屬負極被認為是最有前途的負極材料之一。然而鋰負極表面固態電解質界面（SEI）層的不穩定性、不可控的枝晶生長和無限的體積變化，阻礙了鋰金屬負極的實際應用。功能化聚合物在電解質工程和界面改性中發揮了重大作用，有望解決電極和電解質之間的界面問題，從而引發了人們的廣泛關注。該綜述旨在提供一個關于功能化聚合物在抑制枝晶生長，建立穩定的界面以及適應鋰負極體積變化方面的概念詮釋，關于界面化學和Li+的傳輸機制方面文章中做出了詳細描述。該文綜述了近年來功能化聚合物用于液態到固態電解質的優化，以及構建有機或雜化鋰負極界面的研究進展（圖1）。界面化學和鋰離子傳輸機制中，以聚合物為基礎的電解質和人工SEI應用的機遇與挑戰也被重點關注。
北京化工大學有機無機復合國家重點實驗室于樂教授課題組與西安交通大學丁書江教授團隊合作綜述了功能化聚合物在鋰金屬負極電解質優化和界面改性中的應用（J. Mater. Chem. A 2021, DOI: 10.1039/D1TA02297K.）。
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綜上所述，本文提出了一種簡單有效的鋅金屬電極酸蝕改性方法，即在鋅電極表面設置更多(002)擇優鋅晶面，并在其表面覆蓋一層鋅化合物界面層。所制得的鋅化合物@Zn陽極具有以下優點：1)選擇性暴露的(002)Zn面保證了較好的耐蝕性和較少的樹枝狀沉積；2)多孔和鋅不飽和的鋅化合物具有良好的鋅密封性，可以提高鋅離子的動力學，調節鋅的沉積/溶解行為。
可充電金屬鎂電池是以金屬鎂為負極的一類廉價、高安全性且具有高能量密度等潛在優勢的新型電化學儲能技術，其有望成為解決可再生能源利用效率低、電能源使用安全性差等問題重要儲能技術之一。然而，當前金屬鎂負極在較高電流密度、較高面容量以及不同電解液中存在不均勻電沉積甚至枝晶生長等行為。此外，金屬鎂負極在多數電解液體系中存在較大的沉積/溶解過電勢（通常大于100 mV
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