硫掺杂的碳点作为双功能电解液添加剂实现高性能水系锌离子电池

摘要

水系锌离子电池因其高安全性、环境友好性和低成本等优势，被视为一种富有前景的新型储能器件。然而，不可控的锌枝晶生长以及有害的副反应严重限制了水系锌电池的电化学性能。在众多改善策略中，电解液添加剂因其成本低廉和操作简便的优势，相较于人工界面涂层和电极结构设计更具应用潜力。本研究采用一种新型零维纳米材料——硫掺杂的碳点，作为电解液添加剂，通过多种表征手段对其结构和性质进行了系统分析，并组装成电池以评估这种碳点对电池性能的影响。实验结果表明，碳点通过其表面磺酸基团诱导锌电极表面择优形成稳定的（002）晶面，并重构水合Zn²⁺的溶剂化壳层，显著提升了电池的循环稳定性。在碳点添加剂的作用下，对称电池在10 mA·cm^-2的高电流密度下实现了近2000 h的稳定循环，Zn||NH₄V₄O₁₀和Zn||MnO₂全电池也表现出优异的电化学性能和显著提升的循环稳定性。本研究为开发高性能水系锌离子电池提供了新的思路和理论依据。

关键词

碳点 / 锌离子电池 / 稳定锌负极 / 晶面调节 / 溶剂化壳层

基金资助

国家自然科学基金(U24A20565,21975048)资助项目